کامپیوترهای کوانتومی اتم خنثی با دو پیشرفت جدید به واقعیت نزدیکتر می شوند

تمبر زمان: 25 آوریل 2022 ساعت 10:00 صبح
گره منبع: 1278668
کامپیوتر کوانتومی اتم خنثی

رایانه‌های کوانتومی اتم خنثی، راه‌حل‌هایی را برای بسیاری از مشکلاتی که دستگاه‌های امروزی را درگیر کرده‌اند، نوید می‌دهند، اما این فناوری هنوز نوپا است. پیشرفت‌های اخیر در توانایی کنترل و برنامه‌ریزی این دستگاه‌ها نشان می‌دهد که ممکن است به زمان اصلی نزدیک شوند.

پیشرفته‌ترین فناوری کوانتومی امروزی بر کیوبیت‌های ابررسانا تکیه دارد که هم پردازنده‌های IBM و هم گوگل را تامین می‌کنند. اما در حالی که از این دستگاه ها برای نشان دادن استفاده شده است برتری کوانتومی و ساختن بزرگترین کامپیوتر کوانتومی جهانی تا به امروز، آنها محدودیت هایی دارند.

برای شروع، آنها باید نزدیک به صفر مطلق خنک شوند، که به تجهیزات برودتی حجیم و گران قیمت نیاز دارد. حالت‌های کوانتومی آن‌ها نیز بسیار شکننده هستند و معمولاً تنها میکروثانیه‌ها دوام می‌آورند و آنها فقط می‌توانند مستقیماً با نزدیک‌ترین همسایگان خود تعامل داشته باشند، که پیچیدگی مدارهایی را که می‌توانند پیاده‌سازی کنند محدود می‌کند.

کامپیوترهای کوانتومی اتم خنثی این مشکلات را کنار می گذارند. آنها از مجموعه‌ای از اتم‌های منفرد ساخته شده‌اند که با شلیک لیزر به سمت آن‌ها تا دمای بسیار پایین سرد می‌شوند. بقیه دستگاه نیازی به خنک کردن ندارد و اتم‌های منفرد را می‌توان فقط به اندازه میکرومتر از هم مرتب کرد و کل سیستم را فوق‌العاده فشرده می‌کند.

اطلاعات کوانتومی در حالت‌های اتمی کم انرژی کدگذاری می‌شوند که بسیار پایدار هستند، بنابراین عمر این کیوبیت‌ها بسیار بیشتر از ابررساناها است. این پایداری همچنین تعامل کیوبیت‌ها را دشوار می‌کند، که باعث می‌شود ایجاد درهم‌تنیدگی‌ها که در اکثر الگوریتم‌های کوانتومی مرکزی هستند، دشوارتر شود. اما این اتم های خنثی را می توان در یک حالت بسیار برانگیخته قرار داد که a نامیده می شود ایالت رایدبرگ، با شلیک پالس های لیزری به سمت آن، که می توان از آنها برای درهم تنیدگی با یکدیگر استفاده کرد.

با وجود این ویژگی‌های امیدوارکننده، این فناوری تاکنون عمدتاً برای شبیه‌سازهای کوانتومی استفاده شده است که به درک فرآیندهای کوانتومی کمک می‌کنند اما قادر به پیاده‌سازی الگوریتم‌های کوانتومی نیستند. با این حال، اکنون دو مطالعه در طبیعت، توسط محققان شرکت های محاسبات کوانتومی هدایت می شود QuEra و ColdQuanta، نشان داده اند که از این فناوری می توان برای پیاده سازی مدارهای چند کیوبیتی استفاده کرد.

این دو گروه به روش های کمی متفاوت با مشکل برخورد می کنند. تیم QuEra a رویکرد جدید به اتصال در دستگاه خود با استفاده از پرتوهای لیزری با فوکوس محکم، معروف به انبرک نوری، برای حرکت فیزیکی کیوبیت‌های خود به اطراف. این به آن‌ها امکان می‌دهد به جای محدود شدن به نزدیک‌ترین کیوبیت‌ها، به راحتی آنها را با کیوبیت‌های دور درگیر کنند. ColdQuaاز سوی دیگر، تیم nta، کیوبیت های خود را با آن درگیر کرد به طور همزمان هیجان انگیز دو نفر از آنها به ایالت رایدبرگ رفتند.

هر دو گروه قادر به پیاده سازی مدارهای پیچیده چند کیوبیتی بودند. و همانطور که هانا ویلیامز از دانشگاه دورهام در بریتانیا در یک مقاله اشاره می کند تفسیر همراه، این دو رویکرد مکمل یکدیگر هستند.

به هم زدن فیزیکی کیوبیت ها به این معنی است که فاصله های طولانی بین عملیات وجود دارد، اما اتصال انعطاف پذیر ایجاد مدارهای بسیار پیچیده تری را ممکن می سازد. با این حال، رویکرد ColdQuanta بسیار سریعتر است و می تواند چندین عملیات را به صورت موازی اجرا کند. ترکیبی از تکنیک های ارائه شده توسط این دو گروه به یک پلت فرم قوی و همه کاره برای محاسبات کوانتومی منجر می شود. ویلیامز می نویسد

به گفته ویلیامز، قبل از اینکه این اتفاق بیفتد، پیشرفت‌های زیادی لازم است.

به نظر می رسد هر دو شرکت مطمئن هستند که این کار زیاد طول نخواهد کشید. QuEra در سال گذشته از یک شبیه‌ساز کوانتومی 256 اتمی رونمایی کرد و با توجه به وب سایت آنها، یک کامپیوتر کوانتومی 64 کیوبیتی "به زودی عرضه می شود." ColdQuanta خاص تر است، با این وعده که آن را دارد کامپیوتر 100 کیوبیت هیلبرت امسال در دسترس خواهد بود.

اینکه اتم‌های خنثی چقدر سریع می‌توانند به فناوری‌های پیشرو در صنعت مانند کیوبیت‌های ابررسانا و یون‌های به دام افتاده برسند، هنوز مشخص نیست، اما به نظر می‌رسد که یک رقیب جدید امیدوارکننده وارد مسابقه کوانتومی شده است.

اعتبار تصویر: شهادت رحمان در می Unsplash

تمبر زمان:

بیشتر از تکینگی هاب