خب بچهها، بذارین براتون یه خبر دستاول از دنیای کامپیوترهای کوانتومی تعریف کنم که واقعاً هیجانانگیزه! یه تیم از فیزیکدانهای شرکت Silicon Quantum Computing (یا همون SQC) تو سیدنی استرالیا تونستن یه چیپ کوانتومی بسازن که به گفته خودشون، دقیقترین چیپ کوانتومی دنیاست! این دستاورد بزرگ رو با استفاده از یه معماری جدید و خاص به اسم ۱۴/۱۵ (Fourteen/Fifteen) ساختن که واقعاً کارش رو درآورده.
حالا ۱۴/۱۵ اصلاً یعنی چی؟ ماجرا اینجاست که تو این چیپها، اتمای فسفر رو داخل ویفرهای سیلیکون (همون تراشههای معمولی خودمون) جاگذاری میکنن. این اسم عجیبشون هم به خاطر اینه که سیلیکون و فسفر به ترتیب عنصرای ۱۴ و ۱۵ جدول تناوبی شیمی هستن! یعنی چیپ کاملاً اتمی و خیلی خیلی دقیق ساخته شده.
چیپ کوانتومی دقیق یعنی چی اصلاً؟
وقتی میگن دقت یا همون “فیدلیتی” چیپ بالاست، یعنی چیپ میتونه محاسباتش رو با خطای خیلی کم انجام بده. مثلاً تو این چیپ SQC با ۹ تا کیوبیت هستهای (کیوبیت یعنی واحد پایهی اطلاعات تو کامپیوتر کوانتومی؛ مثلاً کیوبیت به جای بیت صفر و یک، میتونه همزمان هر مقداری باشه!) و ۲ تا کیوبیت اتمی تونستن به دقتی بین ۹۹.۵ تا ۹۹.۹۹ درصد برسن – تقریباً بینقص!
اصلاً چرا معماری این چیپ فرق داره؟
تا حالا شرکتهایی مثل گوگل یا IBM دنبال کیوبیتهایی بودن که با مواد مختلف کار میکنن. مثلاً:
- کیوبیتهای ابررسانا: یعنی کیوبیتایی که با حلقههای بسته و جریانهای خیلی خیلی قوی کار میکنن.
- فوتونیک: یعنی با ذرات نور.
- یون-تراپی: یعنی اتمها رو با لیزر تو یه نقطه نگه میدارن. (بهش میگن ion trap)
اما این استرالیاییا یه کار متفاوت کردن؛ اومدن اتمای فسفر رو یکی یکی با دقت دیوانهوار تو صفحه سیلیکون کار گذاشتن! میشل سیمونز، مدیر SQC، گفته اندازهی ویژگیها روی این چیپ ۰.۱۳ نانومتره – اصلاً باور نمیکنین چقدر کوچیکه، به اندازه یک دهم نانومتر! این یعنی دو درجه از دقت بالاتر از بهترین استاندارهای ساخت تراشه حال حاضر (مثلاً TSMC).
چرا اینقدر فیدلیتی (دقت) مهمه؟
تو دنیای کوانتوم، محیط همیشه نامطمئنه و کیوبیتها فوقالعاده حساسن – مثلاً اگر دما یه کم بالا پایین شه یا یه موج الکترومغناطیسی بخوره بهشون، همه چی خراب میشه. به این حالت که کیوبیت اطلاعاتش رو تو لحظه از دست میده میگن collapse (یا همون فروریزی حالت کوانتومی). اینجاست که مفهومی به نام QEC وارد میشه یعنی Quantum Error Correction – همون اصلاح خطا تو محاسبههای کوانتومی.
معمولاً کلی از کیوبیتها صرف فقط اصلاح این خطاها میشن. ولی چیپ SQC به خاطر دقت وحشتناک بالاش، خطاهاش خیلی کمتره و بیشتر فقط باید جلوی یه جور خطای خاص (که بهش میگن phase error یا خطای فاز) رو بگیره. یعنی نسبت به بقیه، حجم زیادی از منابعش رو از دست نمیده.
مسئله گسترش بالا: قابل مقیاس شدنه یا نه؟
شاید اولش فکر کنین اون کامپیوترای کوانتومی با هزاران کیوبیت بیشتر جذاب باشن. واقعیت اینه که معماری ۱۴/۱۵ این SQC خیلی راحت میتونه به تعداد زیادی کیوبیت گسترش پیدا کنه (یعنی مقیاسپذیره)، بدون اینکه حجم چیپ یا مصرف برق از کنترل خارج بشه. خودشون میگن این ساختار میتونه “اثبات امکان” (Proof of Concept) باشه برای کامپیوترهایی که شاید یه روز میلیونها کیوبیت داشته باشن.
تست واقعی: الگوریتم گروور (Grover’s Algorithm)
توی دنیای کوانتومی، یه الگوریتم معروف داریم به اسم “الگوریتم گروور” که برای تست فیدلیتی سیستم استفاده میشه. گروور رو سال ۱۹۹۶ یه دانشمند هندی به اسم لاو گروور ساخت تا نشون بده آیا یه کامپیوتر کوانتومی واقعاً میتونه یه محاسبه رو سریعتر از کلاسیک انجام بده یا نه.
همین چند وقت پیش، تو ژورنال Nature، تیم SQC نشون دادن تو اجرای گروور روی معماری جدیدشون تونستن به رکورد ۹۸.۹٪ دقت برسن – بدون اینکه هیچ خطاگیری خاصی روی کیوبیتها اجرا کنن! این از IBM و گوگل هم بالاتره، با اینکه اونا با تعداد کیوبیت بیشتر و زیرساختای پیچیدهتر کار میکنن.
آینده چی میشه؟
خب تیم SQC میگن با این معماری، هرچی چیپشون بزرگتر شه و تعداد کیوبیت بالا بره، هنوز نیاز به کدهای خطاگیری (QEC) خیلی کمتری نسبت به بقیه دارن. یعنی مصرف انرژی کمتر، چیپ کوچکتر و طراحی سادهتر! البته میگن به مرور که تعداد کیوبیت زیاد شه، همه باید خطاگیری انجام بدن ولی چیپ اونا نیازه چندانی به خطاگیری پیچیده پیدا نمیکنه. خلاصه اینکه پتانسیلش خیلی بالاست.
جمعبندی خودمونی:
حواستون باشه این تکنولوژی هنوز اول راهه و احتمالاً کلی چالش سر راهشه. ولی این معماری جدید با اتمای فسفر و سیلیکون واقعاً میتونه بازی کوانتومی رو عوض کنه! شاید چند سال دیگه که خبر از کامپیوترای کوانتومی خونگی افتاد، اولین چیپای دقیق با همین روش ساخته بشن! پس اگه دوست داشتین یه روز کامپیوترتون جادویی بشه، این خبر رو تو ذهنتون داشته باشین! 😉
منبع: +
