ساخت اولین کامپیوتر کوانتومی با قابلیت برنامه ریزی مجدد

MacTavish · 31/8/19

محققان موفق به ساخت اولین کامپیوتر کوانتومی شدند. این کامپیوتر نه‌ تنها می‌تواند مثل بقیه‌ی کامپیوترهای معمولی برنامه ریزی شود بلکه قابلیت برنامه ریزی مجدد را نیز دارد. این کامپیوتر کوانتومی تنها از پنج اتم ساخته شده، که گام بزرگی به سوی ساخت کامپیوترهای کوانتومی مقیاس پذیر به حساب می‌آید، که می‌تواند باعث تغییر پردازش داده‌های امروزی شود.

کامپیوترهای کوانتومی که از واحدهای اطلاعاتی به نام بیت «bits» تعریف شده‌اند، به طور فزاینده‌ای بسیار قدرتمندتر از کامپیوترهای امروزی می‌باشند. از سوی دیگر پردازنده‌های کوانتومی از واحدی به نام کیوبیت ساخته شده، که می‌تواند یک “1”، “0”، یا هر دو در یک زمان داشته باشد. در پردازش کوانتومی یک کیوبیت یا بیت کوانتومی واحد پایه‌ای پردازش کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی بوده و مشابه بیت در رایانه‌های کلاسیک می‌باشد در یک سامانه کلاسیکی، هر بیت در هر لحظه یا در حالت صفر و یا در حالت یک است، کیوبیت ها می‌توانند در هر لحظه صفر، یک، هر دوی آنها یا هر عددی بین آنها را اختیار کنند.

به علاوه چنین قابلیتی، کامپیوتر های کوانتومی می توانند همه این داده‌های گوناگون را در یک زمان پردازش کنند چون محدودیت تنها دو حالت صفر و یک وجود ندارد. در واقع در رایانش کوانتومی به جای پردازش به صورت سری، پردازش موازی انجام شده و زمانی که کاربر به اندازه‌گیری مقدار می‌پردازد تنها یکی از حالت‌های ممکن که احتمال بیشتری از سایرین دارد به نمایش در می‌آید. چنین کاری باعث افزایش سرعت پردازش مسائل، در رایانه های کوانتومی به اندازه چندین میلیون برابر رایانه های کلاسیک باشد. در واقع همین پدیده، تفاوت اصلی بین بیت‌های کلاسیک و کیو بیت ها است.

کامپیوتر کوانتومی که از واحدهای اطلاعاتی به نام بیت «bits» تشکیل شده، به طور فزاینده‌ای بسیار قدرتمندتر از کامپیوترهای امروزی می‌باشد. از سوی دیگر پردازنده‌های کوانتومی از واحدی به نام کیوبیت ساخته شده، که می‌تواند یک “1”، “0”، یا هر دو در یک زمان داشته باشد.

در گذشته دستگاه‌های محاسباتی کوانتومی، ساخته شده بود، که بسیاری از اینها برای رفع هر مشکلی، غیر قابل تعویض بودند، و هر برنامه ریزی مجدد، نیاز به محسبات فیزیکی پیچیده داشت. این کامپیوتر کوانتومی جدید متفاوت از رقبای پیشین خود است، چرا که قابلیت برنامه ریزی مجدد را دارد، و درحال حاظر توانسته سه الگوریتم را در یک مرحله حل کند، چیزی که تقریبا چند برابر کارایی کامپیوترهای معمولی می‌باشد.

این دستگاه جدید که یک ماژول محسوب می‌شود، از پنج یون ساخته شده که توسط یک میدان مغناطیسی، به دام افتاده‌اند. این یون‌ها، کیوبیت های کامپیوتر کوانتومی را تشکیل می‌دهند، و محققان می‌تواند آنها را در یکی از سه حالت‌های کوانتومی “1” ، “0” و یا انطباقی (ترکیبی) قرار دهند.

در این مرحله محققان تلاش می‌کنند حالت این کیوبیت ها را تغییر دهند، تا به شکل ثابت سابق خود باقی بمانند. اما محققان مریلند، حالت آنها را با استفاده از نرم افزار‌های قدیمی ترکیب دادند. این نرم افزار برای تغییر پنج کیوبیت متفاوت، از یک هدایتگر لیزری بهره می‌برد. با تاباندن لیزر بر روی این یون‌های به دام افتاده، دستگاه می‌تواند آنها را به یک حالت کوانتومی مختلف حرکت دهد، که به طور موثری مجددا باعث تغییر برنامه می شود.

محقق شانتانو می‌گوید:

با کاهش یک الگوریتم به یک سری از پالسهای لیزری که باعث فشار روی یون‌های مناسب می‌شود، ما می‌توانم سیم کشی این کیوبیت ها را، از بیرون پیکربندی کنیم، که موجب بروز مشکل نرم افزاری می‌شود، ولی هیچ معماری محاسبات کوانتومی دیگری، این انعطاف پذیری را ندارد.

در واقع بهترین بخش این ماژول این است که می‌توان آن را به ماژول دیگر، با انتقال دادن یون‌ها، و یا با استفاده از فوتون برای انتقال اطلاعات بین آنها، متصل کرد، که نشان دهنده‌ی مقیاس پذیری این سیستم است. با اتصال مستقیم هر جفت از کیوبیت ها، می‌توان با پیکر‌بندی سیستم هر الگوریتمی را اجرا کرد.
این نرم افزار تا 98 درصد در برنامه ریزی این ماژول، دقیق بود. این تیم فعلا بر روی اضافه کردن کیوبیت های بیشتر به ماژول خود‌کار، تلاش می‌کنند. انتظار می‌رود بتوانند این تعداد را بالای 100 برسانند، درنهایت منجر به ساخت کامپیوتر کوانتومی می‌شود که مثل گوشی موبایل، بدون نیاز به برنامه ریزی مجدد کوانتومی، استفاده شود.