توسعه رایانه‌های کوانتومی کاربردی در دمای اتاق توسط ارتش آمریکا

به گزارش کارگروه فناوری اطلاعات سایبربان؛ دانشمندان بسیاری از سراسر دنیا در تلاش هستند تا به نمونه‌های واقعی و کاربردی از رایانه‌های کوانتومی دست پیدا کنند. یکی از رایج‌ترین روش‌های تولید این ابزارها، به کارگیری کریستال‌های شفاف با نورشناسی غیرخطی (optical nonlinearities) است؛ اما در این روش عملیات محاسبات کوانتومی تنها در دماهای بسیار سرد امکان‌پذیر می‌شود.

برای ذخیره‌سازی اطلاعات در رایانه‌های امروزی از بیت استفاده می‌شود که تنها دو حالت صفر و یک را پشتیبانی می‌کند. زمانی که یک ورودی در قالب تعداد مشخصی بیت به این سیستم‌ها داده می‌شود، باید برای دستیابی به پاسخ مورد پردازش قرار بگیرند. این مسئله باعث می‌شود تا در هر لحظه تنها یک مسئله را بتوان با آن‌ها پردازش کرد. در مقابل رایانه‌های کوانتومی اطلاعات را در کیوبیت (Qubit) ذخیره‌سازی می‌کنند.

کوچک‌ترین واحد سامانه‌های کوانتومی که علاوه بر دو حالت صفر و یک توانایی نگهداری هر دوی آن‌ها را به صورت هم‌زمان دارند. این موضوع امکان انجام چندین پردازش به صورت موازی را فراهم آورده، سرعت فرآیند را به شکل چشم‌گیری افزایش می‌دهد. با وجود این کیوبیت‌ها بسیار ناپایدار هستند و برای حفظ حالت آن‌ها باید در دمایی نزدیک به صفر کلوین نگهداری شوند.

در روش‌های کنونی انجام محاسبات کوانتومی، سامانه باید در دمای بسیار سرد و حتی نزدیک به صفر کلوین قرار بگیرد؛ اما پژوهشگران ارتش آمریکا در حال توسعه مدارهای منطقی جدیدی هستند که امکان استفاده از این ابزارها را در دمای اتاق فراهم می‌آورد. اگرچه این پژوهش در مراحل اولیه خود قرار دارد؛ اما نتایج به دست آمده نشان‌دهنده دستیابی به رایانه‌های کوانتومی کاملاً عملیاتی در دهه آینده است.

کارت جیکوبز (Kurt jacobs) از فرماندهی توسعه قابلیت‌های رزمی آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی زمینی و میکل هاوک (Mikkel Heuck) و دیرک اینگلاند (Dirk Englund) از دانشگاه MIT، به منظور ایجاد رایانه‌های کوانتومی، قصد دارند از دروازه‌های منطق کوانتومی که دارای مدارهای فوتونی و کریستال‌های نوری هستند، استفاده کنند.

هاوک توضیح داد سامانه‌های کوانتومی فعلی به دلیل نیاز به دمای بسیار پایین ناکارآمد هستند. به علاوه این سیستم‌ها به حجم عظیمی از انرژی نیاز داشته و بسیار گران هستند و به همین دلیل افراد کمی توانایی تهیه آن را خواهند داشت. با وجود این مدارهای فوتونی به واسطه دست‌کاری درهم تنیدگی در این تجهیزات، محدودیت‌ها را کاهش داده، نیاز به دمای سرد را از بین می‌برد.

محققان شرح دادند با استفاده از گیت‌های کوانتومی منطقی و مدارهای فوتونی، می‌توان به جای مدارهای الکتریکی از سیگنال‌های نوری بهره گرفت. در این روش از یون یا اتم برای ذخیره‌سازی اطلاعات استفاده شده و از نور برای دور زدن نیاز به دمای پایین استفاده می‌شود. در این حالت فوتون‌ها همچنان برای تکمیل عملیات منطقی نیاز دارند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و به همین دلیل کریستال‌های نوری غیرخطی بهره گرفته خواهد شد.

هاوک اظهار کرد برای تکمیل طرح یاد شده و ایجاد رایانه‌های کوانتومی که در دمای اتاق فعالیت می‌کنند، به حدود 10 سال زمان نیاز دارند.