آیبیام دو ماژول نخست یخچال دیلوشن ماژولی را سرد کرد
آیبیام اعلام کرد دو ماژول نخست از یک یخچال دیلوشن کریوژنی جدید را ساخته و به دماهای بسیار پایین رسانده است تا فضای میزبانی پردازندههای رایانههای کوانتومی مقاوم در برابر خطا فراهم شود. هنوز پردازندهای داخل ماژولها نصب نشده؛ این شرکت میگوید اواخر سال جاری در هر ماژول یک پردازنده Nighthawk نصب خواهد شد تا نخستین آزمایشهای عملکرد و پیوند میان ماژولها انجام شود.
اهمیت یخچال برای پردازندههای ابررسانا
پردازندههای ابررسانا برای کاهش نویز و حفظ حالتهای کوانتومی باید در کسری از یک درجه بالاتر از صفر مطلق کار کنند؛ بنابراین خنککننده مرکزی نقشی تعیینکننده در پایداری و قابلیت اجرا دارد. مقیاسپذیری فقط افزودن کیوبیت نیست: هر پردازنده به سیمکشی کنترل و خواندن، حفاظت الکترومغناطیسی، زیرسیستمهای الکترونیکی و کانالهای خنککنندگی نیاز دارد و همه این اجزا نباید گرمای اضافی تولید کنند که حالتهای کوانتومی را مختل سازد.
طراحی ماژولی؛ سلولهایی که به هم متصل میشوند
آیبیام زیرساخت خنککننده را به سلولهای مستطیلی تقسیم کرده که بهصورت ماژولی به هم متصل میشوند و فضای فریزری مشترکی برای پردازندهها ایجاد میکنند. دو ماژول نخست در مجموع حدود 8 فوت (حدود 2.4 متر) ارتفاع و 8 فوت عرض دارند و توانایی رسیدن به دماهای زیر 15 میلیکلوین را نشان دادند. برای شبیهسازی بار عملیاتی، آیبیام بار حرارتی 30 میکروواتی اضافه کرد؛ با این بار، دمای کاری ماژولها حدود 23 میلیکلوین ثبت شد.
فضای سیمکشی بیشتر و تعمیرپذیری بهبود یافته
در سیستمهای فعلی آیبیام بیش از 100 کیوبیت فیزیکی در یک پردازنده متداول وجود دارد، اما رایانههای مقاوم در برابر خطا به هزاران و سپس صدها هزار کیوبیت فیزیکی نیاز خواهند داشت تا کیوبیتهای منطقی تصحیحشده ساخته شوند. هر کیوبیت اضافی به سیمکشی بیشتر نیاز دارد. آیبیام میگوید هر ماژول جدید حدود 12 برابر فضای سیمکشی بیشتری نسبت به Quantum System One فراهم میکند.
ماهیت ماژولی طراحی به مهندسان اجازه میدهد پردازندهها را نزدیکتر قرار دهند و در عین حال بخشهایی از سیمکشی یا زیرسیستمها را بدون بازسازی کامل یخچال جایگزین کنند. الیور دیال، پژوهشگر ارشد آیبیام، اشاره میکند که میتوان یک قطعه را سریع بازطراحی و جایگزین کرد در حالی که بقیه سیستم دستنخورده باقی میماند؛ این امر ساخت و آزمون هر سلول را قبل از ارسال به سایت مشتری تسهیل میکند.
اتصال میان پردازندهها: L-coupler و دقت عملیات دو-کیوبیتی
وصل کردن پردازندههای جداگانه به یکدیگر از اولویتهای پژوهشی است. آیبیام قصد دارد از کوپلر ابررسانای خود با نام L-coupler استفاده کند؛ کابلی که میتواند فوتونهای مایکروویو را بین تراشههایی تا فاصلهٔ یک متر منتقل کند و حالت کوانتومی یا عملیات دو-کیوبیتی بین تراشهها برقرار سازد. پیشتر این فناوری در نمونهٔ اولیه Flamingo که دو پردازنده Heron را متصل کرد، نمایش داده شده بود.
به گفته الیور دیال، بهترین عملیات دو-کیوبیتی روی یک L-coupler اکنون به دقت 99.3% رسیده و هدف افزایش آن تا 99.9% است تا برای سیستمهای مقاوم در برابر خطا مناسب شود. برای آشنایی بیشتر با اصول فیزیکی مرتبط میتوانید به صفحهٔ ابررسانای کوانتومی مراجعه کنید.
مقیاسپذیری و جدول زمانی اجرا
آیبیام پیشبینی میکند از سال آینده امکان بهکارگیری یخچالهای ماژولی فراهم شود. اولین سیستمها احتمالاً از دو یا سه سلول تشکیل میشوند و از حدود 1,000 کیوبیت فیزیکی قابل برنامهریزی پشتیبانی خواهند کرد. برای پروژهٔ Starling — رایانهٔ مقاوم در برابر خطا که آیبیام قصد دارد در سال 2029 تحویل دهد — این شرکت انتظار دارد به تقریباً 12 ماژول نیاز باشد.
جری چو، مدیر فناوری ابررایانش کوانتومی در آیبیام، چالش اصلی را «قابلاطمینانسازی» میداند: وقتی سیستمها از هزاران کیوبیت به صدها هزار کیوبیت میرسند، باید اطمینان حاصل شود هر جزء در مقیاس و در طول زمان بهدرستی کار میکند.
نتیجهگیری و چشمانداز
گامهای بعدی شامل نصب و آزمایش یک پردازنده Nighthawk در هر ماژول است تا قابلیت اجرا و اتصال پردازندهها در این ساختار ماژولی محک بخورد. موفقیت این آزمون راه را برای ساخت سیستمهای بزرگتر و مدولار هموار میکند و مشخص میسازد آیا طراحی ماژولی میتواند موانع تولید، حملونقل و نگهداری را بهتر از محفظههای یکپارچهٔ بزرگ سنتی رفع کند. روند پیشرفت نشان خواهد داد این رویکرد چقدر در دستیابی به رایانههای کوانتومی مقاوم در برابر خطا مؤثر است.
