نقطه عطف مهم در ایجاد رایانه كوانتومی

۱۳۹۹/۱۰/۱۴ تاریخ خبر:

رایانه کوانتومی: یکی از موانع پیشرفت در تلاش برای یک کامپیوتر کوانتومی فعال این بوده است که دستگاه های کاری که وارد کامپیوتر کوانتومی می شوند و محاسبات واقعی را انجام می دهند ، یعنی کیوبیت ها ، تاکنون توسط دانشگاه ها و به تعداد کم ساخته شده اند. اما در سال های اخیر ، یک همکاری بین اروپایی ، با همکاری CEA-Leti ، رهبر میکرو الکترونیک فرانسوی ، در حال بررسی ترانزیستورهای روزمره که میلیاردها از آن در همه تلفن های همراه ما وجود دارد  برای استفاده آنها به عنوان کیوبیت بوده است. شرکت فرانسوی لتی ویفرهای غول پیکر پر از دستگاه را تولید می کند ، و پس از اندازه گیری ، محققان درانستیتوی نیلز بور ، دانشگاه کپنهاگ ، دریافته اند این دستگاه های تولید شده به عنوان یک سکوی کیوبیت با قابلیت حرکت به بعد دوم مناسب هستند ، که این خود برای یک کامپیوتر کوانتومی فعال گامی قابل توجه است.  نتیجه اکنون در Nature Communications منتشر شده است.

 

 

نقاط کوانتومی در آرایه دو بعدی یک جهش به جلو است

یکی از ویژگی های کلیدی دستگاه ها آرایه دو بعدی نقطه کوانتومی است. یا دقیق تر ، یک شبکه  دو در دو از نقطه کوانتومی. فابیو آنسالونی، دانشجوی پیشین دکترا و هم اکنون فوق دکترا در مرکز دستگاه های کوانتوم NBI می گوید: "آنچه ما نشان داده ایم این است كه ما می توانیم در هر یك از این نقاط كوانتومی كنترل یك الکترون را تحقق بخشیم. این برای توسعه یك كیوبیت بسیار مهم است ، زیرا یكی از راه های ساخت كیوبیت ها استفاده از چرخش یك الکترون واحد است. بنابراین رسیدن به این هدف از کنترل الکترونهای تک و انجام آن در یک آرایه 2 بعدی از نقاط کوانتومی برای ما بسیار مهم بود. "

ثابت شده است که استفاده از چرخش الکترون برای اجرای کیوبیت ها سودمند است. در حقیقت ، ماهیت "آرام" آنها باعث می شود که چرخش ها با محیط پر سر و صدا فعل و انفعال ضعیفی داشته باشند ، این یک نیاز مهم برای به دست آوردن کیوبیت های بسیار عالی است.

ثابت شده است که گسترش پردازنده های رایانه های کوانتومی به بعد دوم برای اجرای کارآمدتر روال های تصحیح خطای کوانتومی ضروری است. تصحیح خطای کوانتومی رایانه های کوانتومی آینده را قادر می سازد تا در برابر خرابی های کیوبیت فردی در حین محاسبات تحمل خطا داشته باشند.

اهمیت تولید در مقیاس صنعت

آناسوا چاترجی، استادیار مرکز تجهیزات کوانتومی NBI ،  می افزاید: "ایده اصلی ایجاد کردن یک آرایه از چرخش کیوبیت ها، رسیدن به تک الکترون ها و قادربودن به کنترل و حرکت دادن آنها به اطراف بود. از این نظر واقعاً عالی است که لتی توانست نمونه های مورد استفاده ما را تحویل دهد ، که به نوبه خود دستیابی به این نتیجه را برای ما امکان پذیر کرد. اعتبار زیادی به کنسرسیوم پروژه پان اروپایی و بودجه سخاوتمندانه از اتحادیه اروپا می رسد که به ما کمک کرد تا به آرامی از سطح یک نقطه کوانتومی واحد با یک الکترون منفرد تا داشتن دو الکترون حرکت کنیم، و اکنون به سمت آرایه های دو بعدی حرکت می کنیم. آرایه های دو بعدی یک هدف بزرگ است ، زیرا این شروع به نظر می رسد همان چیزی است که شما قطعاً برای ساخت یک کامپیوترکوانتوم به آن نیاز دارید. بنابراین لتی در طول سالها با یک سری پروژه ها درگیر بوده است که همگی به این نتیجه کمک کرده اند. "

اعتبار دستیابی به این مرحله به بسیاری از پروژه ها در سراسر اروپا تعلق دارد

توسعه تدریجی بوده است. در سال 2015 ، محققان در گرنوبل موفق به ساخت اولین چرخش کیوبیت شدند ، اما این بر اساس سوراخ ها بود ، نه الکترون ها. در آن زمان ، عملکرد دستگاه های ساخته شده در "رژیم سوراخ" مطلوب نبوده و این فناوری به گونه ای پیشرفت کرده است که دستگاه های موجود در NBI می توانند در رژیم الکترون واحد دارای آرایه های دو بعدی باشند. محققان توضیح می دهند که پیشرفت مستلزم سه لایه است: "اول ، تولید دستگاه ها در یک ریخته گری صنعتی یک ضرورت است. مقیاس پذیری یک فرآیند مدرن و صنعتی با شروع ساخت آرایه های بزرگتر ، به عنوان مثال برای شبیه سازهای کوچک کوانتومی ، ضروری است. دوم ، هنگام ساخت یک کامپیوتر کوانتومی ، شما به یک آرایه دو بعدی احتیاج دارید و به روشی برای اتصال دنیای خارجی به هر کیوبیت نیاز دارید. اگر 4-5 اتصال برای هر کیوبیت داشته باشید ، به سرعت با یک تعداد غیر واقعی از سیم ها روبرو می شوید که از تنظیمات دمای پایین بیرون می آیند. اما آنچه ما توانسته ایم نشان دهیم این است که ما می توانیم یک برای هر الکترون یک درگاه داشته باشیم ، و شما می توانید از طریق همان درگاه بخوانید و کنترل کنید. و در آخر ، با استفاده از این ابزارها قادر به حرکت و تعویض الکترون های واحد به صورت کنترل شده در اطراف آرایه بودیم که این خود یک چالش است. "

آرایه های دو بعدی می توانند خطاها را کنترل کنند

کنترل خطاهای رخ داده در دستگاهها به خودی خود یک فصل است. رایانه هایی که امروزه از آنها استفاده می کنیم ، خطاهای زیادی ایجاد می کنند ، اما از طریق آنچه کد تکرار نامیده می شود ، اصلاح می شوند. در یک کامپیوترسنتی (مرسوم) شما می توانید اطلاعات را به صورت 0 یا 1 در اختیار داشته باشید. برای اطمینان از اینکه خروجی یک محاسبه صحیح می باشد، رایانه محاسبه را تکرار می کند و اگر یک ترانزیستور خطایی انجام دهد ، با اکثریت ساده تصحیح می شود. اگر اکثر محاسبات انجام شده در ترانزیستورهای دیگر به 1 و نه 0 اشاره داشته باشد، 1 به عنوان نتیجه انتخاب می شود. این در رایانه کوانتومی امکان پذیر نیست ، زیرا شما نمی توانید یک کپی دقیق از یک کیوبیت تهیه کنید ، بنابراین تصحیح خطای کوانتومی به روش دیگری عمل می کند: کیوبیت های پیشرفته فیزیکی هنوز نرخ خطای کمی ندارند ، اما اگر تعداد کافی از آنها  در آرایه دوبعدی ترکیب شوند به اصطلاح می توانند یکدیگر را کنترل کنند. این مزیت دیگر آرایه دوبعدی است که اکنون تحقق یافته است.

مرحله بعدی از این نقطه عطف

نتیجه تحقق یافته در انستیتوی نیلز بور نشان می دهد که اکنون کنترل الکترونهای منفرد و انجام آزمایش در غیاب یک میدان مغناطیسی امکان پذیر است. بنابراین گام بعدی جستجوی برای چرخش - اثر چرخش - در حضور یک میدان مغناطیسی خواهد بود. این امر برای اجرای درگاه های تک و دو کیوبیتی بین کیوبیت های واحد در آرایه ضروری خواهد بود. این تئوری نشان داده است که تعداد انگشت شماری از درگاه های های تک و دو کیوبیتی که مجموعه ای کامل از درگاه های کوانتومی نامیده می شوند، برای ممکن ساختن محاسبه جهانی کوانتوم کافی هستند.

 

 

منبع:سایِنس دِیلی

 

 

برای مشاهده و ثبت نام در دوره های کامپیوتر آموزشگاه فنی و حرفه ای نیاوران تهران بر روی این لینک اشاره کنید.

برچسب: