سردترین تراشه روی زمین
«سردترین تراشه روی زمین»: پردازنده‌ی سرمایشی جدید کیوبیت‌ها را در دمای ۴۵۹- درجه فارنهایت تنها با مصرف ۱۰ میکرووات اجرا می‌کند و بهره‌وری کوانتومی را بازتعریف می‌نماید.
در جهشی چشمگیر برای رایانش کوانتومی، پژوهشگران دانشگاه سیدنی یک تراشه کنترل سرمایشی نوآورانه توسعه داده‌اند که در نزدیکی صفر مطلق به‌طور بی‌نقص عمل می‌کند و نوید انقلابی در مقیاس‌پذیری و بهره‌وری رایانه‌های کوانتومی در سراسر جهان را می‌دهد.
در پیشرفتی چشمگیر در حوزه رایانش کوانتومی، پژوهشگران دانشگاه سیدنی یک تراشه کنترل سرمایشی انقلابی طراحی کرده‌اند. این نوآوری امکان یکپارچه‌سازی بی‌نقص کیوبیت‌ها را در دماهایی نزدیک به صفر مطلق فراهم می‌کند؛ دستاوردی که یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در مسیر مقیاس‌پذیری رایانه‌های کوانتومی را برطرف می‌سازد. این تراشه با حفظ پایداری و دسترسی‌پذیری اطلاعات کوانتومی، مسیر را برای کاربردهای عملی رایانش کوانتومی هموار می‌کند.
تیمی به رهبری پروفسور دیوید ریلی نشان داده است که این تراشه می‌تواند بدون اختلال در وضعیت‌های حساس کوانتومی عمل کند؛ نقطه عطفی مهم در پیشرفت فناوری کوانتومی.
تراشه سیلیکونی کیوبیت‌های اسپینی را مدیریت می‌کند
در قلب این نوآوری، یک تراشه سیلیکونی قرار دارد که با استفاده از فناوری استاندارد CMOS طراحی شده است؛ همان فناوری‌ای که به طور گسترده در الکترونیک‌های رایج استفاده می‌شود. این تراشه کیوبیت‌های اسپینی را کنترل می‌کند؛ کیوبیت‌هایی که اطلاعات را از طریق جهت‌گیری مغناطیسی تک‌الکترون‌ها ذخیره می‌کنند. قابلیت مقیاس‌پذیری کیوبیت‌های اسپینی به دلیل تکیه آن‌ها بر فرآیندهای ساخت موجود است، که آن‌ها را به گزینه‌ای امیدبخش برای سامانه‌های رایانش کوانتومی آینده تبدیل می‌کند.
دکتر کوشال داس، طراح این تراشه، اهمیت این دستاورد را چنین بیان می‌کند: «اکنون که نشان داده‌ایم کنترل در دمای میلی‌کلوین عملکرد دروازه‌های کوانتومی تک‌کیوبیتی و دوکیوبیتی را کاهش نمی‌دهد، انتظار داریم بسیاری از پژوهشگران از این مسیر پیروی کنند.»
با وجود سادگی ظاهری مفهوم، اجرای آن نیازمند سال‌ها تخصص و توسعه الکترونیک سرمایشی با نویز پایین بوده است.
تیم پژوهشی، به رهبری دکتر سم بارتی، عملکرد تراشه‌ی سرمایشی را با سیستم‌های معمولی در دمای اتاق مقایسه کردند. آن‌ها دریافتند که هیچ کاهش قابل اندازه‌گیری‌ای در زمان همدوسی کیوبیت‌ها مشاهده نمی‌شود و افت وفاداری عملیات نیز ناچیز است. این تراشه تنها با مصرف ۱۰ میکرووات توان کار می‌کند و اجزای آنالوگ آن تنها به ۲۰ نانووات به ازای هر مگاهرتز نیاز دارند، که امکان مقیاس‌پذیری گسترده را بدون افزایش چشمگیر مصرف انرژی فراهم می‌سازد.
پروفسور ریلی خاطرنشان می‌کند که طراحی این تراشه به گونه‌ای است که «کیوبیت‌های حساس، تقریباً متوجه سوییچ شدن ترانزیستورها در تراشه‌ای که کمتر از یک میلی‌متر با آن‌ها فاصله دارد، نمی‌شوند.» این دستاورد پتانسیل بالای این تراشه را در تحول رایانش کوانتومی با کاهش تداخل و نویز نشان می‌دهد.
آینده تجاری برای کنترل کوانتومی
این پژوهش تنها یک پیروزی علمی نیست، بلکه چشم‌انداز تجاری فناوری کوانتومی در استرالیا را نیز شکل می‌دهد. پروفسور ریلی و دکتر توماس اوکی شرکت Emergence Quantum را تأسیس کرده‌اند؛ شرکتی که متعهد به عرضه پلتفرم کنترل سرمایشی خود به بازار است. هدف Emergence Quantum تبدیل سال‌ها تجربه آزمایشگاهی به محصولات مقیاس‌پذیر برای تولیدکنندگان سخت‌افزار کوانتومی در سراسر جهان است. پروفسور اندرو زوراک، مدیرعامل شرکت Diraq، اهمیت این پیشرفت را چنین بیان می‌کند: «این پیشرفت پایه و اساس هدف Diraq برای یکپارچه‌سازی کیوبیت‌های سیلیکونی با الکترونیک کنترل سرمایشی در یک بسته فشرده است که مسیر را برای رایانه‌های کوانتومی مقرون‌به‌صرفه با مصرف انرژی بسیار کمتر هموار می‌کند.»
با همکاری همزمان نهادهای علمی و تجاری، سیدنی در آستانه تبدیل شدن به یک مرکز مهم در رقابت جهانی برای رسیدن به راه‌حل‌های عملی رایانش کوانتومی قرار دارد. انتشار این مطالعه در مجله معتبر Nature بر تاثیرگذاری و پتانسیل آن برای تحول در عرصه فناوری تأکید بیشتری می‌کند. با ادامه تکامل این نوآوری‌ها، وعده رایانش کوانتومی ملموس‌تر شده و راه‌حل‌هایی برای مسائل پیچیده‌ای که پیش‌تر غیرقابل حل به نظر می‌رسیدند، ارائه می‌دهد.
چالش فنی سیستم‌های سرمایشی
توسعه یک سیستم سرمایشی که قادر باشد در محیط‌هایی با دمای میلی‌کلوین عملکرد داشته باشد، چالش‌های فنی قابل توجهی را به همراه داشت. این سیستم باید عملکرد خود را حفظ می‌کرد بدون آنکه به همدوسی و وفاداری کیوبیت‌ها آسیبی برساند. طراحی دقیق تیم دانشگاه سیدنی این چالش‌ها را با اطمینان از اینکه نویز الکتریکی یا تداخل قابل توجهی عملکرد کیوبیت‌ها را مختل نمی‌کند، برطرف کرد. رسیدن به این تعادل نیازمند درک عمیق و پیچیده‌ای از مکانیک کوانتومی و مهندسی الکترونیک بود که نشان‌دهنده ماهیت بین‌رشته‌ای این پیشرفت است.
توانایی عملکرد در چنین دماهای پایین بدون کاهش کارایی، گواهی بر تخصص تیم و طراحی مستحکم تراشه است. این پژوهش پتانسیل سیستم‌های سرمایشی را به عنوان اجزای اساسی رایانه‌های کوانتومی آینده نشان می‌دهد که کنترل پایدار و کارآمد کیوبیت‌ها را فراهم می‌کنند. با بهبود و تجاری‌سازی این سیستم‌ها، انتظار می‌رود پیشرفت‌های چشمگیری در قدرت محاسباتی و بهره‌وری انرژی به دست آید.
پیامدها برای رایانش کوانتومی و فراتر از آن
پیامدهای این تحقیق فراتر از حوزه رایانش کوانتومی گسترده است. توانایی کنترل کیوبیت‌ها در دماهای سرمایشی، مسیرهای جدیدی برای تحقیق و کاربردهای مختلف باز می‌کند و می‌تواند زمینه‌هایی مانند رمزنگاری، علم مواد و هوش مصنوعی را متحول سازد. طراحی این تراشه می‌تواند به‌عنوان الگویی برای توسعه‌های آینده در فناوری کوانتومی عمل کند و راه‌حلی مقیاس‌پذیر و کم‌مصرف برای یکی از مهم‌ترین چالش‌های این حوزه ارائه دهد.
این پیشرفت نه تنها گامی به جلو در توانمندی‌های فنی محسوب می‌شود، بلکه باعث بازنگری در امکان‌پذیری‌های رایانش کوانتومی نیز می‌گردد. هرچه پژوهشگران و شرکت‌ها مرزها را بیشتر پیش ببرند، پتانسیل فناوری کوانتومی برای حل مسائل واقعی جهان روزبه‌روز بیشتر و قابل تحقق‌تر می‌شود. این پیشرفت‌ها چگونه آینده فناوری را شکل خواهند داد و چه امکانات جدیدی را برای بشریت باز خواهند کرد؟
دیدگاهتان را بنویسید