کامپیوترهای کوانتومی ابررسانا می‌شوند

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینرینگ، محاسبات کوانتومی مدتی است که به عنوان آینده حل مساله پیچیده مطرح شده است، به طوری که از آن به عنوان منادی سرنوشت برای سیستم‌های رمزنگاری امروزی یاد می‌شود. با این حال، مقیاس پذیری یکی از مهمترین چالش‌های این مدل از سیستم‌هاست.

این حوزه در حال حاضر با چالش مقیاس دهی کامپیوتر‌های کوانتومی به میلیون‌ها کیوبیت دست و پنجه نرم می‌کند. این مقیاس برای اجرای الگوریتم‌های کوانتومی کاملا تصحیح شده با خطا و پیشبرد کاربرد‌های کوانتومی در مقیاس متوسط نویزی ضروری است. علاوه بر این، روش‌های موجود برای بازخوانی و دستکاری کیوبیت‌ها هم هزینه بر و هم دست و پا گیر هستند.

در سیستم‌های کنونی، سیگنال‌های مایکروویو از الکترونیک در دمای اتاق به تراشه‌های کوانتومی که درون یخچال‌های رقیق کننده برودتی در دمای میلی کلوین قرار دارند، منتقل می‌شوند. این فرایند شامل مسیریابی این سیگنال‌ها از طریق کابل‌های هم محور است، روشی که فراتر از یک نقطه خاص غیر عملی می‌شود.

اگرچه امکان گسترش این چیدمان به حدود ۱۰۰۰ کیوبیت وجود دارد، اما مقیاس دهی فراتر از آن هزینه‌ها و بار گرمایی را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

گلوگاه مهم در اینجا معماری سنتی است که نمی‌تواند سیم کشی گسترده و اتلاف گرما را که با پوسته پوسته شدن تا این حد به وجود می‌آید تحمل کند.

دستیابی به یک راه حل امیدوارکننده

یکپارچه سازی می‌تواند راه حلی برای این مساله باشد. با یکپارچه سازی دقیق کیوبیت ها، کنترل و الکترونیک مایکروویو و جایگزینی سیم کشی ماکرومقیاس با انباشت تراشه و بلوک‌های مدار، این رویکرد می‌تواند هم بار حرارتی غیرفعال و هم ردپای سیستم را کاهش دهد.

یکپارچه سازی مزایای سیستماتیکی مانند بهبود قابلیت‌های خروجی و فناوری سیگنال و کاهش تاخیر ارتباطی را ارائه می‌دهد. علاوه بر این، اتکا به سیم کشی‌های گسترده (منبع اصلی بار حرارتی و پیچیدگی) را به حداقل می‌رساند.

با این حال، سیستم به یک مولد پالس مایکروویو برودتی منسجم نیاز دارد که با مدار‌های کوانتومی ابررسانا سازگار باشد.  یک مطالعه جدید چنین منبع سیگنالی را نشان می‌دهد که توسط سیگنال‌های دیجیتالی هدایت می‌شود و انتشار امواج مایکروویو پالسی با فاز، شدت و فرکانس کاملاً کنترل‌شده را مستقیماً در دمای میلی‌کلوین ایجاد می‌کند.  

از این رو محققان استفاده از یک مولد پالس مایکروویو برودتی منسجم روی تراشه را پیشنهاد می‌کند. آنها از مدار‌های ابررسانا در یک فرآیند خلاء برای به دست آوردن کنترل دقیق بر فرکانس، شدت و فاز با دستکاری دیجیتالی شار مغناطیسی در یک دستگاه تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID) تعبیه شده در یک تشدیدگر ابررسانا استفاده کردند.

مولد پالس مایکروویو برودتی همدوس این تیم، انسجام استثنایی را در تولید پالس‌های فوتون مایکروویو به نمایش گذاشت. این یک پیشرفت قابل توجه نسبت به منابع فوتون مایکروویو قبلی مورد استفاده در محیط‌های برودتی است.

این انسجام بالا برهم نهی مناسب را ممکن می‌سازد و اجازه می‌دهد طیف گسترده‌ای از سیگنال‌های مایکروویو ایجاد شود. این موفقیت می‌تواند به طور بالقوه منجر به ابررسانایی کامپیوتر‌های کوانتومی شود که در مقیاس بزرگی پیاده سازی شده اند.