خب بچه‌ها، امروز یه خبر داغ از دنیای کامپیوترهای کوانتومی دارم! شرکت Quantinuum که ترکیبی از دو غول Honeywell Quantum Solutions و Cambridge Quantumـه (خود Honeywell هم هنوز صاحب اصلیشه)، سومین نسل کامپیوتر کوانتومیش به اسم Helios رو معرفی کرده. بیاید با هم ببینیم چی داره.
Helios اساساً توی یه ساختمون تو کلرادوی امریکا ساخته شده و ساختارش پر از آینه، لیزر و فیبر نوریه. اما جالب‌ترین بخشش یه چیپ کوچیکه که روش یون‌های باریم (barium ions) رو نگه داشتن و این یون‌ها قراره نقش «کیوبیت»ـها رو بازی کنن. حالا کیوبیت چیه؟ کیوبیت (qubit) همون واحد پایه‌ای اطلاعاتیه توی کامپیوترهای کوانتومی، چیزی مثل بیت توی کامپیوترهای معمولی، ولی با قابلیت‌های خیلی بیشتر! اینا فقط صفر و یک نیستن، می‌تونن ترکیبی از جفتش باشن، دقیقاً مثل وقتی سکه رو هوا می‌چرخونی و معلوم نیست شیر میاد یا خط! تو دنیای فنی به این حالت میگن “سوپرپوزیشن” (superposition یعنی همزمان بودن تو چند حالت محتمل).
کامپیوتر Helios می‌تونه تا ۹۸ یون باریم رو باهم کنترل کنه، در حالی که مدل قبلیش (H2) فقط ۵۶ یون ایتربیوم (ytterbium) داشت. یون‌های باریم یه جورایی کنترلشون راحت‌تر از قبلیاست. همه این قطعات توی محفظه‌‌ای نگهداری می‌شن که حسابی سردش کردن (حدود ۱۵ کلوین! یعنی تقریباً -۴۳۳ درجه فارنهایت!) و کل کامپیوتر روی یه میز اپتیکی نصب شده.
ولی این کامپیوتر کوانتومی هنوز هم نمی‌تونه اون کارای خفن مثل مدل‌سازی مالی یا کشف مواد جدید رو که همه تو رویاهاشون دارن انجام بده. یعنی هنوز راه داره تا بشه پول‌ساز واقعی. با این‌حال تفاوت بزرگ Quantinuum با شرکتایی مثل Google و IBM اینه که برای ساخت کیوبیت‌هاش به جای مدارهای ابررسانا (superconducting circuits یعنی یه جور مدار الکتریکی خیلی سرد که مقاومتش تقریبا صفره)، از یون استفاده می‌کنه. این کار باعث می‌شه مقیاس‌پذیری بهتری داشته باشه—یعنی راحت‌تر بتونه تعداد کیوبیت‌ها رو زیاد کنه.
حالا یه چالش گنده تو دنیای کوانتومی: «تصحیح خطا» یا به انگلیسی “Error Correction”! کامپیوترهای معمولی با ذخیره اطلاعات به شکل اضافی و پشتیبان خطاها رو اصلاح می‌کنن، ولی تو دنیای کوانتوم به خاطر رفتار عجیب این ذرات نمی‌تونن این کار رو راحت انجام بدن. واسه همین باید کلی ترفند بزنن تا مطمئن شن اطلاعات اشتباهی نشه. توی Helios، فقط دو تا یون لازمه که یه «کیوبیت منطقی» (Logical Qubit یعنی یه واحد اطلاعات تصحیح‌شده) بسازن. حالا چرا این مهمه؟ مثلاً گوگل تازه تو ۲۰۲۴ مجبور شد ۱۰۵ کیوبیت فیزیکی بذاره تا یکی منطقی داشته باشه! IBM حدود ۱۲ تا و آمازون هم ۹ تا. ولی Helios فقط با دو تا این کار رو می‌کنه! یعنی مصرف منابعش خیلی کمه.
یکی از دلیلای موفقیت Helios اینه که یون‌هاش دقت بالایی دارن. طبق گفته راجیبول اسلام (فیزیکدان معروف از دانشگاه واترلو)، نرخ خطای Helios واقعاً پایینه. مثلاً وقتی دو تا کیوبیت رو با هم درگیر (entanglement یعنی حالتی که وضعیت دوتا ذره به هم گره می‌خوره و هر تغییری تو یکی رو دومی هم تاثیر می‌ذاره) کردن، تو ۹۹.۹۲۱٪ مواقع همون‌جوری که باید عمل کرده! این آمار تو پلتفرمای دیگه کمتر دیده می‌شه.
یه ویژگی جالب دیگه اینه که یون‌ها رو تو چیپ Helios می‌شه حرکت داد (برخلاف مدارهای ابررسانا که به بُردشون چسبیدن). اینو بهش میگن “ارتباط همگانی” یا all-to-all connectivity. یعنی هر کیوبیت می‌تونه با هر کیوبیت دیگه کاملاً مستقیم ارتباط داشته باشه—بدون واسطه. این کار تصحیح خطا رو خیلی راحت‌تر و کم‌هزینه‌تر می‌کنه. تو مدارهای ابررسانا، کیوبیت‌ها فقط با همسایه‌هاشون ارتباط دارن و هر کار غیرمستقیم دردسر زیاد داره.
البته هنوز معلوم نیست آخرش کدوم فناوری برنده می‌شه! یون‌ها کمتر اشتباه می‌کنن، ولی ساخت مدارهای ابررسانا راحته. یه نوع دیگه کیوبیت هم هست به نام «کیوبیت اتم خنثی» (neutral atom qubit) که شرکت QuEra ازش استفاده می‌کنه و راحت‌تر می‌شه اونا رو تو دام انداخت.
یه حرکت خفن دیگه که Quantinuum زده اینه که تصحیح خطا رو «در لحظه» یا on-the-fly انجام داده و تازه برای این کار از پردازنده‌های گرافیکی NVIDIA (همون GPU خودمون) استفاده کردن تا به طور موازی خطاها رو شناسایی کنه! قبلاً بیشتر FPGA (یه نوع چیپ برنامه‌پذیر) استفاده می‌شد، ولی حالا GPUها دارن بهتر جواب می‌دن.
این شرکت فقط سخت‌افزار نمی‌سازه، بلکه با همین کامپیوتر مدل قبلی (H2) موفق شدن ویژگی‌های مغناطیس رو شبیه‌سازی کنن و نشون دادن که تقریباً با بهترین روش‌های کلاسیک قابل رقابته. با Helios هم تونستن رفتار الکترونا رو تو یه ابررسانای دمای بالا (Superconductor یعنی موادی که در دمای پایین مقاومت الکتریکی‌شون صفر می‌شه) مدل‌سازی کنن. اینا مشکلات خیلی مهمی هستن که حتی وزارت انرژی آمریکا هم به‌شون علاقه داره—یعنی داستان جدیه!
برنامه آینده Quantinuum هم اینه که نسخه دیگه‌ای از Helios رو تو مینه‌سوتا بسازه و یه نمونه نسل چهارمی به نام Sol با ۱۹۲ کیوبیت فیزیکی رو تا ۲۰۲۷ آماده کنه. آرزوی بزرگشون اینه که تا ۲۰۲۹ سیستم Apollo رو بسازن که هزاران کیوبیت داره و واقعاً کاملاً مقاوم به خطا (fully fault tolerant) باشه—یعنی دیگه اشتباهات کوانتومی واسش مشکل‌ساز نشه.
در کل، هنوز مسیر کامپیوتر کوانتومی پر از چالش و اتفاقات جذابه، ولی Helios نشون داده با کارآیی بالا و تصحیح خطای ساده‌تر، می‌تونه آینده این حوزه رو متحول کنه. حالا باید ببینیم کدوم تکنولوژی آخرش حرف آخر رو می‌زنه!
منبع: +
