محاسبات کوانتومی: تراشه برودتی اینتلز نشان می‌دهد که می‌تواند کیوبیت‌ها را حتی در یک انجماد عمیق کنترل کند.

منتشر شده در zdnet.com به تاریخ ۱۳ می ۲۰۲۱
لینک منبع Quantum computing: Intel's cryogenic chip shows it can control qubits even in a deep freeze | ZDNet

تلاش‌های محاسبات کوانتومی اینتلز شروع به نشان دادن نتایج ملموس کرده‌است: دو سال پس از آنکه این شرکت برای اولین بار از تراشه کنترل برودتی Horse Ridge خود پرده‌برداری کرد، محققان نشان دادند که این تکنولوژی در حال ارائه وعده اصلی خود است و راه را برای کاربردی شدن کامپیوترهای کوانتومی هموار می‌کند.

در واقع، عمل، برجسته‌ترین ویژگی وسایل کوانتومی نیست. در قالب فعلی آن‌ها، کامپیوترهای کوانتومی بر تراشه‌های کوانتومی تکیه می‌کنند که باید تا دماهای بسیار پایین سرد شوند تا کنترل بهتری بر کوبیت‌های شکننده پردازنده داشته باشند. به طور معمول، کوبیت‌ها در دمای ۲۰ میلی کلوین یا حدود ۲۷۳-درجه سلسیوس کار می‌کنند که حتی از فضای بیرونی سردتر هستند.

اما برای تعامل با کیوبیت‌ها، چه برای کنترل رفتار آن‌ها و چه برای خواندن وضعیت آن‌ها، دانشمندان گوشت و استخوان در محیط‌های دمای اتاق با ابزارهای دمای اتاق کار می‌کنند. و از آنجا که الکترونیک کنترل در تلاش است تا در دماهای زیر صفر به خوبی عمل کند، هر کیوبیت باید با یک سیم به ابزارها متصل شود. به راحتی می‌توان فهمید که چرا این تنظیم ممکن است مشکل‌ساز شود زیرا دانشمندان احتمال افزایش مقیاس کامپیوترهای کوانتومی را برای میلیون‌ها کیوبیت در نظر می‌گیرند. این مانع به عنوان «تنگنای سیم‌کشی» شناخته شده است.

به همین دلیل، چند سال پیش، اینتل با QuTech هم‌کاری کرد -هم‌کاری بین دانشگاه تکنولوژی دلفت و سازمان تحقیقات علمی کاربردی هلند- تا بر روی رویکرد دیگری برای این مشکل کار کند. این کار به شکل یک تراشه کنترلی جدید طراحی شده‌ برای مقاومت در برابر سرما و عملکرد تا حد امکان نزدیک به پردازنده کوانتومی بود، که اینتل برای اولین بار در سال ۲۰۱۹ از آن پرده‌برداری کرد. این دستگاه به نام Horse Ridge نامگذاری شد -اشاره به سردترین مکان در اورگان، که محلی است که آزمایشگاه اینتل در آن قرار دارد. Horse Ridge بر روی فن‌آوری ۲۲ نانومتری FinFET کم‌قدرت Intels ساخته شد و به عنوان یک روش بالقوه برای آوردن توابع کنترل کلیدی برای عملیات کوانتومی کامپیوتری به طور مستقیم به داخل یخچال برودتی، نزدیک به خود کیوبیت‌ها ارائه شد.

فرض اساسی این بود که، اگر Horse Ridge بتواند به همان سطح از کنترل به عنوان ابزارهای دمای اتاق دست یابد، آنگاه تنگنای سیم‌کشی می‌تواند به طور قابل‌توجهی کاهش یابد. Horse Ridge متعاقبا اصلاح شد، و نسل دوم تراشه در سال گذشته به نمایش گذاشته شد؛ اما اکنون، برای اولین بار، محققان اینتلز نشان داده‌اند که این تکنولوژی به اندازه برابر دمای اتاق قادر به کنترل کیوبیت‌هاست.

تیم تحقیق از Horse Ridge برای اجرای یک الگوریتم دو کیوبیت به نام الگوریتم Deutsch-Jozsa استفاده کرد و متوجه شد که تراشه برودتی علی‌رغم محیط سرد عملکرد خوبی دارد و کنترل کیوبیت ها را با همان سطح دقت (۹۹.۷٪) به عنوان الکترونیک دمای اتاق به دست آورد.

استفانو پلرانو، مهندس اصلی شرکت اینتل لب گفت: «نتایج تحقیق ما، که با مشارکت QuTech به دست آمده‌است، از لحاظ کمی ثابت می‌کند که کنترل‌کننده برودتی ما، Horse Ridge، می‌تواند به نتایج بزدهی عالی مشابه الکترونیک دمای اتاق دست یابد در حالی که چندین کیوبیت سیلیکونی را کنترل می‌کند.»

ممکن است علاقه‌مند به مطالعه مقاله کمپانی Honeywell جزئیات مربوط به چگونگی کارکرد کامپیوتر کوانتومی خود را منتشر کرد ، باشید.

شرکت Horse Ridge یک تراشه CMOS مبتنی بر سیلیکون است، و به همین دلیل با یک تکنولوژی مشابه با تکنولوژی مورد استفاده در میکروپروسسورهای معمولی طراحی شده‌ است. این دستگاه برای اطمینان از عملکرد درست حتی در دماهای زیر صفر سازگار شده است، که تراشه را قادر می‌سازد به لطف پالس‌های فرکانس رادیویی وضعیت کیوبیت را دستکاری کند.

کیوبیت‌های دستکاری‌شده توسط Horse Ridge نیز بر پایه سیلیکون هستند، بر خلاف نوع کیوبیت‌هایی که برای مثال در کامپیوترهای کوانتومی IBM یا Googles یافت می‌شوند، که کیوبیت‌های ابررسانا هستند. در‌حالی‌که اینتل در ابتدا هر دو رویکرد -ابررسانایی و همچنین کیوبیت‌های سیلیکونی- را دنبال می‌کرد، تلاش‌های اخیر این شرکت در رویکرد دوم افزایش یافته است.

این به این دلیل است که محققان به طور فزاینده‌ای تصدیق می‌کنند که ساخت کامپیوترهای کوانتومی با تکنیک‌هایی که در طبیعت شبیه به آن‌هایی هستند که برای تولید مدرن‌ترین قطعات الکترونیکی استفاده می‌شوند، می‌تواند مزایای زیادی در زمینه سنجش فن‌آوری داشته باشد.

جالب این که: محققان Intels امیدوار هستند که با هر دو کیوبیت و تراشه کنترل‌کننده ساخته‌شده در سیلیکون، روزی بتوان هر دو را به طور کامل در یک قالب یا بسته با هم ادغام نمود. این امر تا حد زیادی چالش سیم‌کشی کوانتوم را ساده می‌کند و گام‌های بلند در مقیاس‌پذیری کوانتومی را ممکن می‌سازد. پلرانو گفت: «این نوآوری‌ها راه را برای ادغام کامل تراشه‌های کنترل کوانتومی با پردازنده کوانتومی در آینده هموار می‌کند و مانع بزرگی در مقیاس گذاری کوانتومی از سر راه برمیدارد.»

با این نتایج جدید، اینتل جایگاه این شرکت را در اکوسیستم به سرعت در حال تحول کوانتومی استحکام می‌بخشد. در‌حالی‌که بیشتر تمرکز بر روی خود کیوبیت‌ها و بهبود پردازنده‌های کوانتومی باقی می‌ماند، غول سانتا کلارا ثابت کرده است که در حال اتخاذ یک دوره عمل متفاوت است، به جای آن بر روی توسعه اتصالات میانی و الکترونیک کنترلی کار می‌کند که یک پشته کوانتومی ایجاد خواهد کرد.

ادغام این سیستم‌ها ، طبق گفته اینتل، قطعه مهمی از معما برای دستیابی به کاربرد کوانتومی خواهد بود.

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.