اتمها برای نخستین بار حرف زدند
در دل تراشهای هماندازه با یک سکه و ساخته از همان سیلیکونی که سالهاست در تلفنهای همراه و لپتاپها به کار میرود، رخدادی بیسابقه اتفاق افتاد؛ هستههای اتمی که تا دیروز در سکوت کامل و دور از دسترس بودند، به کمک الکترونها با یکدیگر ارتباط برقرار کردند. این دستاورد، نه تنها یک رکورد علمی است، بلکه پلی است میان فناوری آشنای تراشههای امروزی و آیندهای که در آن «رایانههای کوانتومی» (Quantum Computers) میتوانند با قدرتی فراتر از هر ماشین محاسبهگر فعلی، مرزهای علم و صنعت را جابهجا کنند.
رایانههای کوانتومی از «درهمتنیدگی» (Entanglement) میان ذرات استفاده میکنند؛ حالتی عجیب که در آن دو ذره آنقدر با هم پیوند میخورند که حتی در فاصلهای دور، رفتارشان به هم وابسته میماند. این ویژگی همان چیزی است که به رایانش کوانتومی قدرتی فراتر از رایانههای کلاسیک میدهد. اما مشکل بزرگ همیشه این بوده: چگونه میتوان ذرات را هم از نویز محیطی محافظت کرد و هم در عین حال آنها را وادار به تعامل نمود؟
هستههای فسفر در دل سیلیکون
دانشمندان دانشگاه «نیو ساوت ولز» (UNSW) سالهاست روی «اسپین هستههای اتم فسفر» (Phosphorus Nuclear Spins) در بستر سیلیکون کار میکند. این هستهها در میان محیطهای جامد، یکی از «پاکترین» و «ایزولهترین» اجسام کوانتومی به شمار میروند؛ یعنی نویز کمتری آنها را مختل میکند و میتوان اطلاعات کوانتومی را تا دهها ثانیه در آنها نگه داشت؛ عددی حیرتانگیز در دنیای کوانتوم.
اما همین ایزوله بودن، مشکل جدیدی ایجاد میکرد. زیرا این هستهها مانند افرادی در اتاقهای دربسته بودند؛ آرام و بیصدا، اما ناتوان از گفتوگو با دیگران.
الکترونها؛ تلفنهای اتمی
به گزارش سایت «ساینس دیلی» (science daily)؛ دستاورد تازه این است که پژوهشگران توانستند از «الکترونها» (Electrons) بهعنوان «تلفن» میان هستهها استفاده کنند. چون الکترون میتواند در فضا «گسترده» شود و بیش از یک هسته را لمس کند، به پلی میان آنها بدل میشود.
به زبان ساده اگر هستهها مانند انسانهایی در اتاقهای عایق باشند، الکترونها همان تلفنهایی هستند که امکان گفتوگوی بین اتاقها را فراهم میکنند. به این ترتیب، حتی هستههایی که فاصلهشان حدود ۲۰ نانومتر است یعنی تقریباً یکهزارم ضخامت موی انسان، میتوانند با هم در ارتباط باشند.
مقیاسی برابر با تراشههای امروزی
۲۰ نانومتر در دنیای نانو شاید زیاد به نظر برسد، اما دقیقاً همان ابعادی است که کارخانههای تراشهسازی برای ساخت ترانزیستورهای امروزی استفاده میکنند. این یعنی برای ساخت رایانههای کوانتومی مبتنی بر هستههای اتمی، نیازی به فناوریهای عجیب و غیرقابلدسترس نیست؛ بلکه میتوان از همان فرآیندهای ساخت تراشههای سیلیکونی کنونی بهره برد.
راهی برای مقیاسپذیری
پژوهشگران تأکید میکنند که این روش بسیار «مقیاسپذیر» (Scalable) است. اگر امروز دو هسته را به هم متصل کردهاند، در آینده میتوان تعداد بیشتری از هستهها را با الکترونهای مختلف پیوند داد. حتی میتوان با «شکلدهی» به ابر الکترونی، دامنه ارتباط را افزایش داد.
این انعطافپذیری همان چیزی است که تاکنون در پلتفرمهای دیگر رایانش کوانتومی به سختی به دست آمده است.
گذشتهای پرفراز و نشیب
بیش از ۱۵ سال است که گروه پروفسور «آندریا مورلو» (Andrea Morello) در این دانشگاه روی این مسیر کار میکند. آنها پیشتر نشان داده بودند که میتوان اطلاعات کوانتومی را تا ۳۰ ثانیه در هستههای فسفر ذخیره کرد و عملیات منطقی را با دقت بالای ۹۹ درصد انجام داد. اما مشکل همیشه مقیاس بود. چگونه بیش از دو یا سه هسته را بهطور همزمان درگیر کنیم؟ اکنون با «تلفنهای الکترونی»، این بنبست شکسته شده است.
مقایسه با رقبا
امروزه انواع مختلفی از سختافزارهای کوانتومی در حال توسعهاند: «یونهای به دام افتاده» (Trapped Ions)، «ابررساناها» (Superconductors) و حتی «فوتونها» (Photons). هرکدام مزایا و محدودیتهای خود را دارند. پلتفرم سیلیکونی مبتنی بر هستههای فسفر، بهخاطر ایزوله بودن، پایداری بیشتری دارد؛ و حالا با کشف جدید، نقطهضعف بزرگ آن یعنی «عدم تعامل» نیز تا حد زیادی برطرف شده است.
معنای این کشف برای آینده
دستیابی به درهمتنیدگی هستههای اتمی در مقیاس تراشههای معمولی، یکی از آخرین موانع برای ساخت رایانههای کوانتومی مقیاسپذیر را کنار زده است. این یعنی در آینده میتوان میلیاردها «کیوبیت» (Qubits) را همانگونه روی تراشهها جا داد که امروز میلیاردها ترانزیستور قرار دارند.
رایانههای کوانتومی چنین ظرفیتی میتوانند مسائل پیچیدهای را حل کنند که فراتر از توان ابررایانههای فعلی است؛ از شبیهسازی مولکولی برای کشف دارو گرفته تا رمزنگاری پیشرفته و طراحی مواد نو.
اتمها تا دیروز خاموش و ایزوله در دل سیلیکون بودند. اما اکنون، به لطف الکترونها، برای نخستین بار صدای آنها شنیده میشود. کشف تازه نشان میدهد که مسیر آینده رایانههای کوانتومی نه لزوماً در آزمایشگاههای عجیب و پرهزینه، بلکه در همان تراشههای سیلیکونی آشنا شکل خواهد گرفت. تراشههایی که شاید در آینده نزدیک، قدرتی فراتر از هرآنچه تاکنون شناختهایم، در جیب ما جای دهند.
انتهای پیام/
