نخستین رایانه کوانتومی قابلحمل جهان که با فناوری مبتنی بر الماس کار میکند، بدون نیاز به تجهیزات پیچیده سرمایش برودتی در دمای اتاق فعالیت دارد.
استارتاپ آلمانی Saxon Q نخستین رایانه کوانتومی قابلحمل مبتنی بر الماس را معرفی کرده که میتواند در دمای معمولی محیط کار کند و برای فعالیت به سامانههای پیچیده خنککننده نیاز ندارد. این سیستم درون یک رک استاندارد سرور جای میگیرد و مستقیماً از یک پریز معمولی برق متناوب تغذیه میشود. پیکربندی فعلی آن میتواند تا ۱۲۸ کیوبیت را پشتیبانی کند. Saxon Q اعلام کرده مدلهای مجهز به ۵۱۲ کیوبیت در سال آینده عرضه خواهند شد. نقشه راه بلندمدت این شرکت نیز رسیدن به بیش از ۱۰ هزار کیوبیت پس از سال ۲۰۳۰ را هدف قرار داده است.
الماسهای مصنوعی جایگزین سرمایش برودتی شدهاند
این رایانه از نقص ساختاری الماسهای مصنوعی استفاده میکند. در این ساختار، اتمهای نیتروژن در مجاورت فضاهای خالی موجود در شبکه بلوری قرار میگیرند و همین نقصها بهعنوان کیوبیت، یعنی واحدهای بنیادی اطلاعات کوانتومی، عمل مینمایند.
دانشمندان با استفاده از لیزر و پالسهای مایکروویو این کیوبیتها را کنترل میکنند. به این ترتیب، سامانه قادر است حالتهای کوانتومی بسیار گستردهتری نسبت به حالتهای دودویی رایانههای معمولی، یعنی صفر و یک، نمایش دهد.
فناوری مبتنی بر نقصهای نیتروژن سالهاست وجود دارد، اما ساخت سامانههای پایدار با بیش از ۱۰ کیوبیت همچنان دشوار بوده. دلیل اصلی این مشکل، دشواری ایجاد نقصهای قابلاعتماد در مقیاس بزرگتر عنوان شده است.
Saxon Q میگوید پیشرفت اصلی این شرکت از زمانی حاصل شد که در مرحله ساخت، گوگرد را همراه با نیتروژن وارد ساختار کرد. این روش باعث افزایش پایداری نقصها شد و در عین حال کنترل دقیقتری بر کیوبیتهای منفرد در اختیار مهندسان قرار داد.
ماریوس گروندمن، استاد فیزیک تجربی دانشگاه لایپزیگ و یکی از بنیانگذاران Saxon Q، گفت:
نکته اصلی فناوری همین است. گوگرد پتانسیل شیمیایی را تا نقطهای بالا میبرد که بار آن منفی میشود. گوگرد الکترون مورد نیاز را تأمین میکند و در عین حال باعث میشود جای خالی با بازده بسیار بالایی به اتم نیتروژن متصل شود.
به گفته این شرکت، فرایند تولید جدید باعث شده است کیوبیتها پیش از اجرای فرایند تصحیح خطا به وفاداری ۹۹.۹۲ درصد دست پیدا کنند. این میزان به معنای کمتر از یک خطا در هر هزار عملیات است.
Saxon Q در ادامه اطلاعات خود را بهروزرسانی کرد و اعلام نمود اندازهگیریهای بعدی میزان وفاداری یک کیوبیت منفرد را به ۹۹.۹۸ درصد رساندهاند. با این حال، این ارقام هنوز از سوی منابع مستقل تأیید نشدهاند.
در حال حاضر سختافزار این شرکت در قالب سامانههای رکمونت عرضه میشود و از حداکثر ۱۲۸ کیوبیت پشتیبانی میکند. پیکربندیهای ۵۱۲ کیوبیتی برای سال آینده در نظر گرفته شدهاند و افزایش ظرفیت به بیش از ۱۰ هزار کیوبیت نیز همچنان بهعنوان هدف بلندمدت پس از سال ۲۰۳۰ دنبال میشود.
استقرار عملی؛ یک مزیت مهم در کنار چالش مقیاسپذیری
برخلاف بسیاری از رایانههای کوانتومی که به تجهیزات سرمایش برودتی و زیرساختهای گسترده نیاز دارند، Saxon Q میگوید سختافزار آن میتواند مستقیماً در محیطهای رایانشی متعارف فعالیت کند و به تأسیسات اختصاصی خنککننده احتیاجی نداشته باشد.
ماریوس گروندمن گفت:
ما یک رایانه کوانتومی کاملاً عملیاتی داریم. این رایانه میتواند کدهای کوانتومی را اجرا کند و از طریق شبکه در دسترس قرار بگیرد. همچنین یک سامانه چندکاربره، چندوظیفهای و چندهستهای است.
این شرکت معتقد است قرار دادن چنین رایانههایی در محل استفاده میتواند وابستگی به خدمات کوانتومی مبتنی بر فضای ابری را کاهش دهد. بهویژه در حوزههایی مانند رباتیک و رانندگی خودران، کاهش زمان تأخیر ارتباطی اهمیت زیادی دارد و تأخیر ناشی از اتصال به سرویسهای ابری ممکن است برای برخی کاربردها قابلقبول نباشد.
با این حال، پژوهشگران هشدار میدهند که مقایسه مستقیم سامانههای مبتنی بر نقص نیتروژن با رایانههای کوانتومی ابررسانا چندان ساده نیست، زیرا این دو فناوری از رویکردهای مهندسی و ویژگیهای عملیاتی متفاوتی بهره میبرند.
مطالعات موجود عموماً نشان میدهند سامانههای ابررسانا از نظر سرعت پردازش عملکرد بالاتری دارند. با وجود این، برتری نهایی هر روش به نوع کار موردنظر بستگی دارد و هنوز مشخص نیست ترکیب سرعت پردازش، تأخیر خدمات ابری و امکان استقرار مستقیم در محل، در سناریوهای مختلف چه نتیجهای خواهد داشت.
یکی دیگر از چالشهای حلنشده، افزایش تراکم کیوبیتها روی تراشه است. دستگاههای فعلی تنها از هشت یا ۱۶ کیوبیت روی هر تراشه پشتیبانی میکنند و افزایش این تعداد همچنان یک مانع مهم در مسیر توسعه فناوری محسوب میشود.
کاربردهای آینده ممکن است به صدها هزار یا حتی میلیونها کیوبیت متصل به یکدیگر نیاز داشته باشند؛ کیوبیتهایی که باید درون آرایههای کوانتومی بسیار بزرگتر و پیچیدهتر فعالیت کنند.