ساخت کامپیوتر کوانتومی مبتنی بر رفت‌و‌آمد یون‌ها توسط شرکت Honeywell

منتشر‌شده در physicsworld به تاریخ ۱۱ آوریل ۲۰۲۱
لینک منبع Quantum computer based on shuttling ions is built by Honeywell

یک دستگاه جفت شده با بار کوانتومی-نوعی کامپیوتر کوانتومی یون به‌دام‌افتاده که برای اولین بار ۲۰ سال پیش پیشنهاد شد - بالاخره توسط محققان درHoneywell در ایالات‌متحده به‌خوبی درک شده است. محققان دیگر در این زمینه بر این باورند که این طرح، که مزایای قابل‌توجهی نسبت به دیگر پلتفرم‌های محاسبات کوانتومی ارائه می‌دهد، می‌تواند به طور بالقوه کامپیوترهای کوانتومی را قادر سازد تا به تعداد زیادی از بیت‌ها (کیوبیت‌ها) مقیاس دهند و پتانسیل آن‌ها را به طور کامل تحقق بخشند.

کیوبیت‌های پیچیده شده یونی برای پیاده‌سازی اولین گیت‌های منطقی کوانتومی در سال ۱۹۹۵ مورد استفاده قرار گرفتند، و پیشنهاد برای یک دستگاه جفت شده با بار کوانتومی (QCCD)-نوعی کامپیوتر کوانتومی با اعمال کنترل با حرکت یون‌ها در اطراف-برای اولین بار در سال ۲۰۰۲ توسط محققان به رهبری دیوید واینلند از موسسه ملی استانداردها و فن‌آوری آمریکا، که برای کار خود جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۲ را برد، ساخته شد.

دروازه‌های کوانتومی متعاقبا در پلتفرم‌های متعدد، از اتم‌های ریدبرگ تا نقص در الماس نشان داده شده‌اند. اما تکنولوژی محاسبات کوانتومی که برای اولین بار توسط غول‌های IT استفاده شد، کیوبیت حالت جامد بود. در این نوع کیوبیت‌ها مدارهای ابررسانا هستند که می‌توانند مستقیما روی یک تراشه نصب شوند. اینها به سرعت از معیارهای تعیین‌شده توسط یون‌های به‌دام‌افتاده پیشی گرفتند، و در ماشین‌های رکورد‌شکن IBM و گوگل مورد استفاده قرار می‌گیرند: «با کار کردن با یون‌های به‌دام‌افتاده، مردم از من می‌پرسند،» چرا با کیوبیت‌های ابررسانا کار نمی‌کنید؟ آیا این رقابت تا‌کنون به طور کامل حل‌و‌فصل نشده است؟

ممکن است علاقمند به مطالعه مقاله ابزار جدید IBM به توسعه‌دهندگان امکان اضافه کردن قدرت محاسبات کوانتومی به یادگیری ماشینی را می‌دهد.باشید.

پیشرفت کند

با این حال، اخیرا پیشرفت ایجاد شده با استفاده از مدارهای ابررسانا به نظر می‌رسد کند شده است چون کامپیوترهای کوانتومی کیوبیت‌های بیشتر و بیشتری را با هم ادغام می‌کنند. برای تعامل درست، کیوبیت‌ها باید یکسان باشند و در‌حالی‌که دو نسخه از یون یکسان توسط مکانیک کوانتومی تضمین شده‌اند تا غیرقابل ‌تشخیص باشند، ساختن مدارهای یکسان تقریبا غیر‌ممکن است. هنسینگر می‌گوید: ساخت مستقیم روی یک تراشه، مدارهای ابررسانا را در تعادل گرمایی با تراشه قرار می‌دهد: «اگر شما یک کامپیوتر کوانتومی بر پایه کیوبیت ابر رسانا بسازید، باید آن ماشین را تا دمای میلیکلیوین خنک کنید.» « اگر ۱۰، ۱۰۰ … یا ۱۰۰۰ کیوبیت داشته باشید، خوب عمل می‌کند، اما اگر به سراغ اعداد واقعا بزرگ بروید، واقعا چالش برانگیز خواهد بود.»

برخی از شرکت‌های بزرگ اخیرا به پلتفرم یون به‌دام‌افتاده علاقه نشان داده‌اند، که در میان آن‌ها ترکیب فن‌آوری چند ملیتی Honeywell قرار دارد، که سیستم‌های کوانتوم Honeywell را در سال ۲۰۲۰ برای تمرکز صرف بر روی این فن‌آوری تشکیل داد.

آخرین نتیجه این شرکت، که در طبیعت رونمایی شد، اولین نمایش یک QCCD کاملا کاربردی است. این دستگاه از یون‌های ایتربیوم-۱۷۱ به عنوان کیوبیت استفاده می‌کند که توسط یون‌های باریم-۱۳۸ و با استفاده از فرآیندی به نام خنک‌سازی همدرد تا حالت پایه کوانتومی خود سرد می‌شوند. این چیدمان در یک تله خطی در بالای یک تراشه سرد شده تا حدود ۱۰K در یک محفظه خلا قرار دارد. آیتم‌هایی که در دام قرار می‌گیرند، بین موقعیت‌ها توسط میدان‌های الکتریکی دینامیک جابجا می‌شوند، در‌حالی‌که عملیات کوانتومی منطقی بر روی یون‌ها توسط پرتوهای لیزر انجام می‌شوند.

شاید مطالعه مقاله برترین شرکت‌های پیشرو در ثبت اختراعات محاسبات کوانتومی برای شما جالب باشد.

گیت CNOT مخابره شده

محققان مجموعه کافی از گیت‌ها را برای اجرای منطق کوانتومی جهانی نشان می‌دهند. علاوه بر این، آن‌ها یک گیتCNOT مخابره شده ایجاد کردند که اجازه اندازه‌گیری غیر‌مخرب مدار میانی را می‌دهد - یک مولفه حیاتی برای تصحیح خطای کوانتومی. دستگاه آن‌ها تنها شش کیوبیت دارد، در مقایسه با ۵۳ کیوبیت ابررسانا در سیکامور گوگل-ماشینی که گوگل در سال ۲۰۱۹ادعای برتری کوانتومی کرد.

با این حال، کامپیوتر Honeywell مسلما به دلیل انعطاف‌پذیری معماری QCCD قوی‌تر است: «این یون‌ها کاملا به هم متصل هستند»، عضو تیم دیوید هایز توضیح می‌دهد: با وجود کیوبیت‌های ابررسانا یا چیزهایی مانند آن‌ها، شما نمی‌توانید کمی بیشتر در اینجا با یک کیوبیت صحبت کنید اگر تعداد زیادی کیوبیت وجود داشته باشد-شما باید این اطلاعات را از طریق آن‌ها منتقل کنید، و این اشتباهات در کل وجود خواهند داشت. «هنینجر» تحت‌تاثیر دستگاه Honeywell قرار گرفته است. او می‌گوید: حالا که ما یک ماشین کامل داریم که بر روی یک رویکرد رفت و آمد ساخته شده است، این واقعا یک تغییر فاز است.

مردم اغلب از من می‌پرسند که چه زمانی می‌توانیم یک ماشین با میلیون کیوبیت داشته باشیم: بدیهی است که هنوز چالش‌های بسیاری وجود دارد که باید بر آن‌ها غلبه کرد، اما من فکر می‌کنم که این [ تحقیق ] نشان می‌دهد که این یک مسیر مهندسی مستقیم است. کریس مونرو از دانشگاه مریلند، پارک کالج، یکی از نویسندگان مقاله اصلی سال ۲۰۰۲، که در حال حاضر شرکت زایشی IonQ را اداره می‌کند، با این نظر موافق است: در این زمینه، هر قطعه کوچکی به طور جداگانه نشان داده شده است. یکی از ویژگی‌های مهم این کار این است که تعداد زیادی از آن‌ها را در یک سیستم ادغام کرده است. من ایدهQCCD را دوست دارم: من در واقع عبارت خود را ابداع کردم.«با این حال، او هشدار می‌دهد، » QCCD با شش یا هشت یون عالی عمل می‌کند، اما وقتی شما به ۸۰، ۲۰۰ یا ۳۰۰ یون می‌رسید، برای لذت بردن از اتصال کامل، زمان زیادی را صرف جدا کردن زنجیرها، حرکت یون‌ها در اطراف، قرار دادن آن‌ها در موقعیت، انجام دروازه و سپس بازگرداندن آن‌ها به جایی که بودند می‌کنید.

این متن با استفاده از ربات مترجم مقاله تکنولوژی ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.