اگر مدتی به تحولات سریع محاسبات کوانتومی توجه کرده باشید، متوجه میشوید که هر سیستم فیزیکیای که بتواند بین دو تراز انرژی کاملا مجزا سوییچ کند، پتانسیل تبدیل شدن به یک کیوبیت را دارد. اتمها، یونها، فوتونها و حتی ساختارهای نیمههادی ساختهشده در آزمایشگاه، همگی مدعیان اصلی این عرصه هستند. اما فاکتور تصمیمگیرنده نه سرعت سوییچ، بلکه قابلیت تولید انبوه و مقیاسپذیری است. بدون دسترسی به 1000 کیوبیت با کیفیت عالی، پیادهسازی الگوریتمهای پیچیده محال خواهد بود و همین الان 2 گروه رقبا در مسیرهای کاملا متضادی حرکت کردهاند.
نبرد مقیاسپذیری در دنیای کیوبیتها
در حالی که برخی شرکتها به مرحلهای رسیدهاند که بتوانند 1000 کیوبیت را روی یک تراشه جای دهند، رقبا هنوز روی تعداد کمی از آنها تمرکز دارند. دلیل این شکاف عمیق، باور عمیق سازندگان به برتری ذاتی معماریشان در آینده است. 2 گزارش جدید منتشرشده این هفته، دقیقا همین نقطه عطف را نشان میدهند. یکی از این دستاوردها به قدری چشمگیر بود که غول فناوری آیبیام دست به خرید شرکت سازندهاش زد و دیگری نیز توانست برای نخستین بار 100 الکترون مجزا را در ساختارهای نقطهای نگه دارد.
نقاط کوانتومی ساختگی و حرکت استراتژیک آیبیام
نخستین نوآوری از مجله نیچر (Nature) و تیم پژوهشی آزمایشگاههای اچالآر منتشر شده است. این تیم از نقاط کوانتومی مصنوعی استفاده میکند که اگرچه از همان اصول فیزیکی نقاط مورد استفاده در نمایشگرهای رنگی بهره میبرند، اما هدف و ساختارشان کاملا متفاوت است. در هر 2 حالت، یک حفره نانومتری الکترون را در فضایی کوچکتر از طولموج خود محبوس میکند. مزیت حیاتی نقاط کوانتومی ساختگی، سازگاری کامل آنها با لاینهای تولید تراشههای سنتی است. وقتی بتوانید کیوبیتها را با خطوط تولید سیلیکونی کنونی بسازید، مسیر برای تولید انبوه هموار میشود. خرید اخیر آیبیام از شرکت توسعهدهنده این فناوری، سیگنال واضحی برای سرمایهگذاری صنعت روی این معماری محسوب میشود.
شکستن محدودیتها با نقصهای ساختاری الماس
در سمت دیگر جدول، توسعهدهندهای موفق شده است پردازندهای ارائه دهد که در آن 100 اتم نیتروژن در شبکه بلوری الماس مراکز خلأ نیتروژنی ایجاد کردهاند. هر یک از این مراکز خلأ مانند یک زندان کوانتومی عمل میکند و یک الکترون را در تراز انرژی مشخص پایدار نگه میدارد. قبل از این گزارش، بسیاری از متخصصان معتقد بودند که الماسهای مورد استفاده در صنعت جواهرسازی یا ابزارهای دقیق، پتانسیل مقیاسپذیری لازم برای سیستمهای محاسباتی گسترده را ندارند. اما نگهداری همزمان و کنترل 100 الکترون در defectهای الماس، نشان میدهد که این مسیر مسدود نیست و میتواند با تکنیکهای لیتوگرافی پیشرفته ترکیب شود.
مسیر پیش روی معماریهای نوظهور
انتخاب بین نقاط کوانتومی سیلیکونی و مراکز خلأ الماس، به یک معادله دو مجهول خلاصه میشود: نرخ خطا و هزینه تولید. معماریهای مبتنی بر نیمههادیها به راحتی با زیرساختهای فعلی ادغام میشوند، در حالی که الماس خالص به دلیل عایقی بودن و پایداری کوانتومی بالا، عمر کوتاهتری برای حالتهای درهمتنیده دارد. هر 2 گزارش علمی هفته جاری ثابت میکنند که مهندسی مواد در سطح اتمی، کلید اصلی عبور از مرحله آزمایشگاهی به صنعت است. رقابت روی زمینچهره پردازش کوانتومی به سرعت شکل میگیرد و مشخص شدن برنده نهایی، نیازمند عبور از آستانه صدها هزار کیوبیت عملیاتی است.
