خبر

استفاده از تکنولوژی سلیکونی برای دستیابی سریع تر به کامپیوترهای کوانتومی

Quantum computers could arrive sooner if we build them with traditional silicon technology

رایانه های کوانتومی امکان ایجاد انقلاب در حل محاسبات پیچیده مانند ایجاد هوش مصنوعی پیشرفته و شبیه سازی واکنش های شیمیایی به منظور ایجاد نسل بعدی مواد یا داروها را دارند. اما در واقع ساختن چنین ماشین هایی بسیار دشوار است زیرا آنها اجزای عجیبی را شامل می شوند و باید در محیط های بسیار کنترل شده نگهداری شوند.  کامپیوترهای کوانتومی که ما تاکنون داشته ایم هنوز نمی توانند از ماشینهای سنتی فراتر روند.

تیمی از محققان انگلستان و فرانسه نشان داده اند که ساخت کامپیوتر کوانتومی از اجزای الکترونیکی معمولی مبتنی بر سیلیکون ممکن است. این کشف می تواند راه را برای تولید رایانه های کوانتومی در مقیاس بزرگ هموار کند.

قدرت برتر رایانه های کوانتومی نسبت به نمونه سنتی از قوانین نانو مقیاس یا فیزیک “کوانتومی” ناشی می شود. بر خلاف رایانه های معمولی، که اطلاعات را در بیت های باینری “0” یا “1” ذخیره و منتقل می کنند، رایانه های کوانتومی ازکیوبیت های کوانتومی استفاده می کنند که می توانند همزمان در ترکیبی از حالت های کوانتومی “0” و “1” باشند. این امر به این دلیل است که فیزیک کوانتومی ادعا می کند ذرات می توانند به طور همزمان در حالت ها یا مکان های مختلف قرار بگیرند.

توسعه کامپیوتر کوانتومی هنوز در مراحل ابتدایی خود است و پیشرفته ترین نمونه های اولیه در حال حاضر از چند ده یون به دام افتاده شده در محفظه خلاء یا مدارهای ابررسانا که در دمای تقریباً صفر مطلق نگه داشته شده است، ساخته شده اند.

چالش مهم این سیستم ها این است که این سیستم های کوچک را به سیستم های بزرگ qubit بهم پیوسته تبدیل کنیم که از قدرت محاسباتی کافی برای انجام کارهای مفید و سریعتر از ابر رایانه های کلاسیک برخوردار باشند. به طرز حیرت انگیزی، این کار می تواند همان فناوری ای باشد که امروزه جامعه دیجیتالی ما، ترانزیستور سیلیکون، واحد اساسی اطلاعات موجود در همه ریز پردازنده ها و تراشه های حافظه را قادر می سازد.

دلیل اصلی وجود دارد که چرا می توان در یک کامپیوتر کوانتومی از سیلیکون استفاده کرد. کوچک نمودن دستگاه های ساخته شده از سیلیکون به کمک قانون مور، امکان تولید ترانزیستورهایی را که فقط چند ده اتم در آن وجود دارد را ممکن ساخته است. این مقیاسی است که در آن قوانین فیزیک کوانتومی شروع به اعمال می کنند.

محدودیت فیزیکی هرگونه کوچک سازی بیشتر ترانزیستورهای سیلیکون را در حال حاضر متوقف کرده است. مهمترین نکته در سیستم جدید امکان رمزگذاری مقدار کمی از اطلاعات در هر ترانزیستور سیلیکون و سپس استفاده از آنها برای ساخت رایانه های کوانتومی در مقیاس بزرگ است.

با استفاده مجدد از همان فناوری که صنعت میکروچیپ طی 60 سال گذشته به کار گرفته شده است، ما همچنین می توانیم از سرمایه گذاری های زیرساختی چند میلیارد دلاری قبلی استفاده کرده و با بهینه سازی هزینه های تولید میکروچیپ های سلیکونی کوانتومی را کاهش دهیم. این بدان معنی است که می توان مهندسی و پردازش هوشمندانه ای را که در توسعه میکروالکترونیک مدرن به وجود آمده است را برای ساخت پردازنده های کوانتومی به طور فزاینده به کارگیری کرد.

آزمایش هایی که اخیراً توسط محققان در دانشگاه کمبریج، موسسه تحقیق و توسعه هیتاچی، کالج لندن و CEA-LETI در فرانسه انجام شده است و نتایج آن در مجله Nature Electronics منتشر شده، نشان می دهد که این ادغام الکترونیک معمولی و کوانتومی را می توان صورت داد و راه حلهای مهندسی را از مدارهای معمولی سیلیکون گرفت و از آنها برای اتصال دستگاه های مختلف کوانتومی بر روی یک تراشه استفاده کرد. این امر عملی شدن پردازنده های کوانتومی را یک قدم نزدیکتر کرده است.

لذا محققان مداری را ایجاد کرده اند که با دمای تقریباً صفر مطلق کار می کند و از کلیه ترانزیستورهای تجاری استفاده می کند. برخی از این مدارها به قدری کوچک هستند که می توانند از آنها به عنوان کیوبیت استفاده شوند، در حالی که برخی دیگر کمی بزرگتر هستند و می توان از آنها برای اتصال به کیوبیت های مختلف استفاده کرد. این معماری به طرز چشمگیری شبیه به نمونه ای است که برای لپ تاپ ها و تلفن های هوشمند امروزی از حافظه با دسترسی تصادفی RAM  استفاده می شود.

 منبع:

phys.org

تاریخ انتشار خبر در منبع فوق:

13 سپتامبر 2019

 

 گردآوری:

دکتر نوید یزدان­ پناه

ویرایش:

مهندس اشکان دیوبند

برچسب ها

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن