دستاورد جدید «دارپا» رایانه‌های کوانتومی را کاربردی‌تر می‌کند

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از نیواطلس، دارپا (DARPA) یا سازمان پروژه‌های پژوهشی پیشرفتهٔ دفاعی در آمریکا مدعی یک پیشرفت بزرگ در رایانش کوانتومی است. این برنامه که «بهینه‌سازی با دستگاه‌های کوانتومی مقیاس میانی» (ONISQ) نام دارد اولین مدار کوانتومی جهان را با بیت‌های کوانتومی منطقی (کیوبیت) ایجاد کرده است.

براساس مفاهیمی که تقریبا شبیه به جادو یا دیوانگی به نظر می‌رسند، رایانش کوانتومی این ظرفیت را دارد که کامپیوتر‌ها را متحول کند. با بهره‌برداری از اثرات کوانتومی و ریاضیات نسبتا پیچیده، رایانش کوانتومی می‌تواند سرعت پردازش اطلاعات را تا چندین برابر نسبت به محاسبات کلاسیک افزایش دهد و مرز‌های هوش مصنوعی، بیوشیمی، رمزنگاری و بسیاری از زمینه‌های دیگر را درنوردد.

همه این موارد بسیار تاثیرگذار هستند؛ اما همه آن‌ها در دروازه رخ می‌دهد؛ زیرا فراتر رفتن محاسبات کوانتومی از مرحله آزمایشی، کمی دشوار به نظر می‌رسد. بخشی از دلیل آن این است که محاسبات کوانتومی نرخ خطای بسیار بالایی دارند که تعجب‌آور نیست، زیرا برخلاف بیت‌های کلاسیک که فقط در حالت صفر و یک هستند، یک کیوبیت می‌تواند در هر حالتی از ترکیب صفر و یک باشد.

ترفند این است که راهی برای تبدیل این پردازنده‌های مستعد خطا یا پر سر و صدا به چیزی کاربردی‌تر از طریق ترکیب آن‌ها با سیستم‌های کلاسیک پیدا کنیم. در مورد دارپا، این موضوع شامل تمرکز بر حل مسائل بهینه سازی از نوعی است که در صنایع و دفاع با توسعه کیوبیت‌های منطقی رخ می‌دهد، که مانند الگوریتم‌های کوانتومی عمل می‌کند و مبتنی بر کیوبیت‌های «رایدبرگ» (Rydberg) است که مولفه‌هاب فیزیکی هستند که مانند یک سیستم کوانتومی دو حالته عمل می‌کنند.

دکتر موکوند ونگالاتور، مدیر برنامه این پروژه در دفتر علوم دفاعی دارپا گفت: "کیوبیت‌های رایدبرگ ویژگی سودمند همگن بودن را در خود دارند. به این معنی که هر کیوبیت از دیگری در نحوه رفتار آن‌ها غیرقابل تشخیص است.

او در ادامه گفت: همگن بودن کیوبیت‌های رایدبرگ به آن‌ها اجازه می‌دهد تا به سرعت مقیاس بگیرند و همچنین به آن‌ها اجازه می‌دهد تا با استفاده از لیزر در یک مدار کوانتومی به راحتی حرکت کنند. این امر روش‌های فعلی مستعد خطا برای انجام عملیات کیوبیت را با نیاز به اتصال متوالی آن‌ها که خطا‌ها را در سراسر تراشه منتشر می‌کنند، برطرف می‌کند. اکنون می‌توان پیکربندی مجدد دینامیک کیوبیت‌ها را روی یک تراشه کوانتومی تصور کرد، جایی که دیگر به یک فرآیند متوالی اجرای مدار‌های کوانتومی محدود نیستید.

حالا شما می‌توانید مجموعه کاملی از کیوبیت‌ها را از یک نقطه در مدار به نقطه‌ای دیگر در مدار با استفاده از لیزر بیاورید، عملیاتی را انجام دهید و سپس آن‌ها را در جایی که در ابتدا بودند قرار دهید. کیوبیت‌های منطقی رایدبرگ که به صورت پویا قابل پیکربندی و انتقال هستند، مفاهیم و پارادایم‌های کاملا جدیدی را برای طراحی و ساخت پردازنده‌های رایانش کوانتومی مقیاس پذیر باز می‌کنند.

در حال حاضر، دارپا ۴۸ کیوبیت منطقی را به هم متصل کرده است، اما برای رسیدن به سطح پیچیدگی مورد نیاز برای کامپیوتر‌های کوانتومی عملی، به تعداد بسیار بیشتری نیاز خواهد بود. با این حال، این مقدار بسیار کم‌تر از آن چیزی خواهد بود که در ابتدا برای یک کامپیوتر کوانتومی مقاوم به خطا نیاز بود.

دکتر گیدو زوکارلو، مشاور فنی دارپا می‌گوید: اگر کسی سه سال پیش زمانی که این برنامه آغاز شد پیش بینی کرده بود که اتم‌های رایدبرگ خنثی که با یک یا چند الکترون که تعداد کوانتومی بسیار بالایی دارند برانگیخته شود، می‌توانند به عنوان کیوبیت منطقی عمل کنند، هیچ کس باور نمی‌کرد. پروژه دارپا به عنوان یک برنامه اکتشافی، به محققان این امکان را داد تا کاربرد‌های منحصر به فرد و جدیدی را فراتر از تمرکز بهینه سازی کشف کنند. در نتیجه، این گروه پژوهشی تحت رهبری دانشگاه هاروارد توانست از ظرفیت بسیار بیشتر کیوبیت‌های رایدبرگ استفاده کند و آن‌ها را به کیوبیت‌های منطقی تبدیل کند که کشف بسیار مهمی است.