رویکرد انقلابی محققان به ساخت رایانه‌های کوانتومی چند میلیون کیوبیتی منجر می‌شود

درحال‌حاضر، روش‌های مختلفی برای ساخت کامپیوتر کوانتومی و اجزای مهم آن‌ها، یعنی کیوبیت‌ها، وجود دارد و شرکت‌ها به‌نوعی در حال آزمون‌وخطا برای دست‌‌یافتن به فرمولی بهتر از رقبا هستند. بااین‌حال، تاکنون بلوک‌های اصلی برای چنین عملیات کوانتومی معمولا مدارهای الکتریکی به‌شکل تشدیدگرهای اَبَررسانا یا نور به‌شکل فوتون یا اتم‌ها به‌شکل زنجیره‌های یونی بوده‌اند. برای مثال، گوگل و IBM از مدارهای اَبَررسانا استفاده می‌کنند که تقریبا در صفر مطلق خنک می‌شوند.

دراین‌بین، هانی‌ول طراحی تله‌یونی کیوبیت‌ها را از اتم‌های ایتربیم مجهز به بار الکتریکی تولید می‌کند. کیوبیت‌های اینتل الکترون‌های منفردی هستند که با ویژگی مکانیکی کوانتومی چرخش از دیگران متمایز می‌شوند و Xanadu برای کیوبیت‌هایش از فوتون بهره می‌گیرد و پردازنده‌های کوانتومی آن در دمای اتاق کار می‌کنند.

اکنون، گفته می‌شود جمعی از فیزیک‌دانان توانسته‌اند رویکرد جدیدی در ساخت این رایانه‌های غول‌آسا و عجیب ایجاد کنند که می‌توان از آن به‌عنوان نقطه‌ی عطفی در برتری کوانتومی یاد کرد. محققان با بهره‌گیری از خواص کوانتومی منابع نور فشرده انتظار دارند راه را به‌سوی ساخت سریع‌تر و آسان‌تر سیستم‌های محاسباتی کوانتومی هموار و با بسیاری از مشکلات سایر رویکردها مقابله کنند.

تیم یادشده مطمئن است که تحقیقاتشان می‌تواند به توسعه‌ی سیستم‌های محاسباتی کوانتومی در مقیاس بزرگ منجر شود که عمدتا بدون نیاز به تعمیر و نگه‌داری هستند. به‌طورکلی، رویکرد مبتنی‌بر نور درمقایسه‌با معماری‌های محاسباتی کوانتومی سُنتی ذاتا مزایای بسیاری به‌ارمغان می‌آورد که می‌تواند براساس تعدادی رویکرد همچون یون‌های به‌دام‌افتاده و نقاط کوانتومی سیلیکونی و اَبَررساناهای توپولوژیکی باشد.

بااین‌حال، همه‌ی این رویکردها تا حدودی از منظر فیزیک محدود هستند و به استفاده از مدارهای الکترونیکی نیاز دارند که به گرمایش اهمی منجر می‌شود. گرمایش اهمی فرایندی است که در آن، گذر جریان الکتریکی در رسانا، ‌گرما‌ تولید می‌کند. افزون‌براین، فوتونیک به‌دلیل حرکت داده‌ها با سرعت نور، بهبودهای فوق‌العاده‌ای در تأخیر ایجاد می‌کند.

باوجوداین، محققان در آزمایش‌هایشان به فشردگی ۷۵ درصدی نور دست یافتند. عملا سیستم کوانتومی آن‌ها باند فرکانسی بیشتر از ۶ تراهرتز را باز و از مزایای فوتونیک برای محاسبات کوانتومی بدون کاهش پهنای باند موجود به سطوح بی‌استفاده استفاده می‌کند. بنابراین، محققان انتظار دارند که طراحی کوانتومی مبتنی‌بر فوتونیک آن‌ها امکان ساخت رایانه‌های کوانتومی را آسان‌تر کند.

رویکرد یادشده سبب می‌شود که به کنترل‌های دمای عجیب‌وغریب (صفر مطلق) که معمولا برای حفظ انسجام کوانتومی در سیستم‌های دیگر مورد‌نیاز هستند، احتیاجی نباشد. دراین‌میان، مقیاس‌گذاری نیز ساده‌تر می‌شود؛ زیرا به افزایش تعداد کیوبیت‌ها با به‌هم‌پیوستن چندین واحد محاسباتی کوانتومی کوچک‌تر و منسجم نیازی نیست. درعوض، تعداد کیوبیت‌ها و درنتیجه عملکرد سیستم را می‌توان با تقسیم مداوم نور به بخش‌های زمانی و رمزگذاری اطلاعات مختلف در هریک از این بخش‌ها افزایش داد.

تیم یادشده می‌گوید که این روش به آنان اجازه می‌دهد تا به‌راحتی تعداد کیوبیت‌ها را در محور زمان افزایش دهند. همه‌ی این عناصر درکنار‌هم مواد‌خام مورد‌نیاز برای ساخت رایانه‌ی کوانتومی را کاهش می‌دهند و پیچیدگی حفظ ارتباطات و انسجام کوانتومی بین واحدهای محاسباتی کوانتومی کوچک و چندگانه را از بین می‌برند.

درحال‌حاضر، به‌نظر می‌رسد که کانون توجه محققان کاملا روی ساخت کامپیوتر کوانتومی مبتنی‌بر فوتونیک معطوف شده است. ادعا می‌شود طراحی آن‌ها می‌تواند به بهره‌گیری از میلیون‌ها کیوبیت منجر شود و درصورت درست‌بودن، این انقلابی در ساخت رایانه‌های کوانتومی خواهد بود که درنهایت سبب شکوفایی بسیاری از صنایع می‌شود.