استارتاپ آلمانی Saxon Q از یک کامپیوتر کوانتومی قابل حمل مبتنی بر الماس رونمایی کرده است که برخلاف بسیاری از سیستمهای کوانتومی فعلی، در دمای محیط فعالیت میکند و برای تأمین انرژی به برق شهری متصل میشود. این فناوری میتواند نیاز به تجهیزات سرمایشی پیچیده و پرهزینه را برای اجرای محاسبات کوانتومی کاهش دهد.
یکی از مهمترین ویژگیهای این سیستم، استفاده از نقصهای بسیار کوچک در ساختار کریستالی الماس برای ایجاد و کنترل کیوبیتها است. ساکسون کیو میگوید با استفاده از این روش توانسته از محدودیت ۱۰ کیوبیتی در معماری نیتروژن-خلأ (NV) عبور کند.
کامپیوتر کوانتومی چگونه با الماس کار میکند؟
ایده استفاده از الماس در فناوری کوانتومی به سالها قبل بازمیگردد. دانشمندان در دهه ۱۹۷۰ متوجه شدند برخی الماسها هنگام تابش نور، نور قرمز از خود منتشر میکنند. بررسیهای بعدی نشان داد که منشأ این پدیده، وجود نقصهایی در شبکه کریستالی الماس است.
در یکی از مهمترین این نقصها، یک اتم نیتروژن جایگزین اتم کربن میشود و در کنار آن یک فضای خالی یا Vacancy شکل میگیرد. به این ساختار، مرکز نیتروژن-خلأ یا NV گفته میشود.
الکترونهای موجود در این ساختار میتوانند بهعنوان حامل اطلاعات کوانتومی مورد استفاده قرار بگیرند. پژوهشگران با کمک لیزر، وضعیت اسپین این الکترونها را کنترل میکنند و سپس با استفاده از پالسهای مایکروویو، آنها را به حالتهای کوانتومی مختلف از جمله برهمنهی منتقل میکنند.
به این ترتیب، نقصهای موجود در الماس میتوانند نقش کیوبیت را ایفا کنند.
راز عبور از محدودیت ۱۰ کیوبیت چه بود؟
یکی از چالشهای مهم در توسعه کامپیوترهای کوانتومی مبتنی بر مراکز NV، افزایش تعداد کیوبیتها بود. پژوهشگران سالها با مشکل مقیاسپذیری این معماری مواجه بودند و ساخت سیستمهایی با بیش از ۱۰ کیوبیت به یک مانع جدی تبدیل شده بود.
ساکسون کیو میگوید راهکار عبور از این محدودیت به حوزه مهندسی مواد مربوط میشود.
پژوهشگران این شرکت هنگام ایجاد فضاهای خالی در الماسهای آزمایشگاهی، گوگرد را نیز وارد ساختار الماس کردند. حضور گوگرد باعث تغییر پتانسیل شیمیایی ماده و تأمین الکترونهای اضافی میشود.
این فرآیند به شکلگیری مراکز نیتروژن-خلأ با بازدهی بالاتر کمک میکند و در نهایت امکان کنترل دقیقتر کیوبیتها و افزایش تعداد آنها را فراهم میسازد.
دقت ۹۹.۹۸ درصدی در عملیات تککیوبیتی
یکی از نقاط قوتی که Saxon Q برای سیستم خود مطرح میکند، دقت بالای عملیات کوانتومی است.
آزمایشهای اولیه این شرکت دقت حدود ۹۹.۹۲ درصد را نشان دادهاند؛ یعنی به ازای هر هزار عملیات، کمتر از یک عملیات با خطا مواجه میشود. جدیدترین نتایج اعلامشده نیز از دستیابی به دقت ۹۹.۹۸ درصدی در عملیات تککیوبیتی حکایت دارند.
این سطح از دقت، کامپیوتر کوانتومی مبتنی بر الماس Saxon Q را در جمع فناوریهایی قرار میدهد که برای کاهش خطا و افزایش قابلیت استفاده عملی از محاسبات کوانتومی تلاش میکنند.
کامپیوتر کوانتومی که به سرمایش ویژه نیاز ندارد
بسیاری از کامپیوترهای کوانتومی ابررسانا برای فعالیت صحیح باید در دماهایی بسیار نزدیک به صفر مطلق نگهداری شوند. به همین دلیل، استفاده از آنها به تجهیزات سرمایشی بسیار پیچیده و زیرساختهای تخصصی نیاز دارد.
اما معماری مورد استفاده Saxon Q چنین محدودیتی ندارد.
این سیستم میتواند در دمای اتاق کار کند و برخلاف برخی سامانههای کوانتومی آزمایشگاهی، به تجهیزات بزرگ و پرهزینه برای خنکسازی نیاز ندارد. شرکت سازنده همچنین اعلام کرده است که دستگاههایش میتوانند در رکهای استاندارد قرار بگیرند و از برق متناوب معمولی استفاده کنند.
همین ویژگی میتواند یکی از مهمترین مزیتهای کامپیوترهای کوانتومی الماسی برای استفاده تجاری باشد.
کامپیوتر کوانتومی قابل حمل چه کاربردی دارد؟
قابل حمل بودن این فناوری تنها یک ویژگی فنی نیست؛ بلکه میتواند نحوه استفاده از کامپیوترهای کوانتومی را نیز تغییر دهد.
در بسیاری از موارد، کاربران برای دسترسی به توان پردازشی کوانتومی باید از سرویسهای ابری یا مراکز داده تخصصی استفاده کنند. اما یک سیستم کوانتومی که در محیط عادی فعالیت میکند، میتواند امکان اجرای برخی الگوریتمهای کوانتومی را در محل مورد نیاز فراهم کند.
ساکسون کیو از کاربردهایی مانند سیستمهای خودران، رباتیک پیشرفته و پردازشهای محلی با نیاز محاسباتی بالا بهعنوان حوزههای بالقوه این فناوری نام برده است.
البته رسیدن به کاربردهای گسترده تجاری همچنان به افزایش مقیاس، کاهش خطا و توسعه نرمافزارهای متناسب با سختافزار کوانتومی نیاز دارد.
Saxon Q چه تعداد کیوبیت ارائه میکند؟
ساکسون کیو اعلام کرده است که سیستمهای کوانتومی این شرکت در حال حاضر با پیکربندیهایی تا ۱۲۸ کیوبیت برای عرضه آماده هستند.
این شرکت همچنین برنامه دارد مدلهای ۵۱۲ کیوبیتی را در سال آینده میلادی تحویل دهد. نقشه راه Saxon Q بلندپروازانهتر از این اعداد است و نشان میدهد این شرکت قصد دارد پس از سال ۲۰۳۰ به سیستمهایی با ۱۰ هزار کیوبیت یا بیشتر دست پیدا کند.
اگر این برنامه طبق زمانبندی پیش برود، کامپیوترهای کوانتومی مبتنی بر الماس میتوانند از یک فناوری عمدتاً آزمایشگاهی به محصولاتی قابل استفاده در محیطهای واقعی تبدیل شوند.
آیا کامپیوترهای کوانتومی الماسی آینده این صنعت هستند؟
فناوری مورد استفاده Saxon Q یکی از مسیرهای متفاوت برای توسعه کامپیوترهای کوانتومی است. در حالی که بخش قابل توجهی از صنعت روی کیوبیتهای ابررسانا و معماریهای دیگر تمرکز دارد، استفاده از نقصهای کنترلشده در الماس میتواند راهی برای ساخت سیستمهایی با نیاز کمتر به زیرساختهای سرمایشی باشد.
با این حال، تعداد کیوبیت بهتنهایی معیار کافی برای مقایسه کامپیوترهای کوانتومی نیست. کیفیت کیوبیتها، نرخ خطا، زمان انسجام، نحوه اتصال کیوبیتها و توانایی اجرای الگوریتمهای کاربردی نیز اهمیت زیادی دارند.
با این وجود، عبور از مرزهای قبلی در معماری NV و دستیابی به سیستمی که در دمای محیط کار میکند، میتواند گام مهمی در مسیر تجاریسازی کامپیوترهای کوانتومی مبتنی بر الماس باشد.
اگر Saxon Q بتواند طبق نقشه راه خود تعداد کیوبیتها را در سالهای آینده افزایش دهد و همزمان نرخ خطا را پایین نگه دارد، این فناوری میتواند به یکی از رقبای جالبتوجه در نسل آینده محاسبات کوانتومی تبدیل شود.
