الماس، بهترین دوست کامپیوترهای کوانتومی

قدرت محاسباتی کامپیوترهای کوانتومی حتی می‌تواند سریع‌ترین کامپیوترهای امروزی جهان را تحت‌الشعاع قرار دهد. تیمی از محققان موسسه ملی انفورماتیک ژاپن، دانشگاه صنعتی وین و آزمایشگاه ان‌تی‌تی ژاپن براساس نقص‌های میکروسکوپی موجود در الماس معماری جدیدی برای محاسبه کوانتومی پیشنهاد کرده‌اند.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

یک کامپیوتر کوانتومی قابل اعتماد قادر به حل مسائل پیچیده بوده و می تواند از میلیاردها سیستم کوانتومی تشکیل شده باشد، اما چنین ابزاری اکنون دور از دسترس بشر قرار دارد.
آزمایشات مرتبط با معماری جدید پیشنهادی، قبلا در موسسه ملی انفورماتیک ژاپن شروع شده بود و محققان ژاپنی بر این باورند با تکیه بر این معماری جدید امکان کوچک شدن، تولید انبوه و یکپارچه شدن عناصر اصلی روی تراشه ها به مراتب راحت تر از روش هایی است که قبلا پیشنهاد شده است.
دهه هاست محققان در تلاشند از سیستم کوانتومی برای محاسبات منطقی استفاده کنند. در کامپیوترهای کلاسیک یک بیت تنها قادر به ذخیره عدد صفر یا یک است. جورج اشمید مایر از دانشگاه صنعتی وین می گوید: در فیزیک کوانتومی یک بیت همزمان می تواند دارای ارزش یک و صفر باشد و این موضوع امکان محاسبات باور نکردنی را برای ما فراهم می کند. چنین حالت فوق العاده ای را می توان در انواع مختلف سیستم های کوانتومی مانند یون های اسیر در تله الکترومغناطیسی یا بیت های کوانتومی ابر رسانا به کار گرفت.
معماری جدید پیشنهادی، اندکی متفاوت است. اتم نیتروژن که قادر به اشغال حالت های اسپینی مختلف است به داخل یک الماس کوچک تزریق می شود. هر اتم نیتروژن در یک تشدید کننده نوری ساخته شده از دو آینه به دام می افتد.
فوتون ها از طریق الیاف شیشه با سیستم کوانتومی که شامل تشدیدکننده، الماس و اتم نیتروژن است جفت می شود. به این ترتیب امکان خواندن و دستکاری سیستم کوانتومی بدون تخریب خواص کوانتوم اسپین ها در الماس به وجود می آید. هر سیستم کوانتومی متشکل از آینه، الماس و نقص نیتروژن قادر به ذخیره یک بیت کوانتومی اطلاعات متشکل از صفر، یک یا ترکیبی از هر دو است، اما معمولا چنین بیت های کوانتومی بسیار ناپایدار بوده و نیاز است با فرآیندهای تصحیح خطا عملکرد یک کامپیوتر کوانتومی را قابل اطمینان کنیم. میشل تروپکه از دانشگاه صنعتی وین می گوید: چنانچه این تصحیح خطا صورت گیرد یک بیت کوانتومی نمی تواند در یک ذره کوانتوم منفرد ذخیره شود در نتیجه نیاز به یک معماری پیچیده از سیستم های کوانتومی پیوسته است.
محققان محاسبه کرده اند چطور می توانند با مونتاژ تشدیدکننده ها، الماس و اتم های نیتروژن یک سیستم کوانتومی عاری از خطا تولید کنند و آن را رایانه کوانتومی محافظت شده در برابر اشتباه نامگذاری کرده اند. با توجه به محاسبات حدود 4.5 میلیارد سیستم کوانتومی اینچنینی برای به کارگیری الگوریتم شور 2048 کافی است. این الگوریتم قادر به محاسبه عوامل اول یک عدد 2048 بیتی است.
این تعداد عظیم عناصر کوانتومی برای هر معماری کامپیوتر کوانتوم مورد نیاز بوده و مهم نیست از تله یونی، بیت های کوانتومی ابر رسانا یا اسپین نیتروژن استفاده کنیم.
مایکل تروپکه می گوید: مزیت روش ما این است که می دانیم چگونه عناصر لازم را کوچک تر بسازیم و این روش پتانسیل بالایی برای تولید انبوه دارد. تمام صنایع با الماس کار می کنند و علم مواد بسرعت در حال پیشرفت است. البته هنوز موانع زیادی برای غلبه کردن وجود دارد، اما اتصال اسپین نیتروژن به مواد جامد باز دریچه جدیدی روی محققان گشوده و امید است سرانجام عملکرد کامپیوتر کوانتومی را به واقعیت برساند.
او وضع فعلی محاسبات کوانتومی را با روزهای اولیه کامپیوترهای الکترونیکی مقایسه می کند. زمانی که اولین ترانزیستورها ساخته شد هیچ کس تصور نمی کرد میلیاردها ترانزیستور را بتوان روی یک تراشه قرار داد، اما امروز ما چنین تراشه هایی را در جیبمان پیدا می کنیم. بنابراین اسپین های نیتروژن موجود در الماس هم می توانند مانند ترانزیستورهای به کار گرفته شده در کامپیوترهای کلاسیک ارتقا یابند.
شاید هنوز راه طولانی قبل از اجرای الگوریتم هایی مانند الگوریتم شور 2048 روی کامپیوترهای کوانتومی در پیش باشد، اما محققان بر این باورند که ایجاد بلوک های کوانتومی برای ساخت خوشه های سلولی بزرگ تر طی چند سال آینده امکان پذیر خواهد بود.



physorg
جام‌جم