فاصله 5 ساله تا دستیابی به رایانه کوانتومی تجاری

به گزارش خبرگزاری صداوسیما، یک شرکت مستقر در سیدنی استرالیا موسوم به «سیلیکون کوانتوم کامپیوتینگ»(Silicon Quantum Computing) که به اختصار «SQC»نامیده می‌شود، اولین مدار کامپیوتر کوانتومی یکپارچه سیلیکونی ساخته شده در مقیاس اتمی را ساخته است که به عنوان یک "پیشرفت بزرگ" در مسیر برتری کوانتومی در نظر گرفته می‌شود.

«مدار مجتمع» یا «آی‌سی»(Integrated circuit) که به آن تراشه یا ریزتراشه نیز می‌گویند، به مجموعه‌ای از مدارهای الکترونیکی گفته می‌شود که بر روی یک سطح صاف کوچک(چیپ) از جنس مواد نیمه‌رسانا(معمولاً از جنس سیلیسیم) قرار داده شده ‌است.

با قرار دادن شمار بسیاری ترانزیستور کوچک در یک ریزتراشه، مدارهایی ساخته می‌شود که از لحاظ اندازه بسیار کوچک‌تر، سریع‌تر و ارزان‌تر از مدارهایی است که از اجزای گسسته ساخته می‌شود.

مدارهای الکتریکی عموماً شامل اجزایی مانند مقاومت، خازن، سلف و ترانزیستور هستند. با توجه به اینکه فرآیند ساخت ترانزیستور در فناوری‌های مدارهای مجتمع راحت‌تر از المان‌های غیرفعال یا منفعل دیگر است، طراحان ترجیح می‌دهند این المان‌های غیرفعال را توسط ترانزیستورها پیاده‌سازی کنند و تا حد ممکن تمامی المان‌های مدارهای الکترونیکی را به ترانزیستور تبدیل نمایند، سپس با فناوری‌های ساخت مدارهای مجتمع آنها را پیاده‌سازی کنند. هر تراشه معمولاً دارای شمار بسیاری ترانزیستور است که با استفاده از فناوری پیچیده‌ای در داخل لایه‌ای از ماده نیمه‌رسانا مانند سیلیسیم همگون با پروسه‌های ساخت مدارهای مجتمع ساخته می‌شوند.

مدار مجتمع در مقیاس اتمی که به عنوان یک پردازنده کوانتومی آنالوگ عمل می‌کند، ممکن است بزرگترین نقطه عطف شرکت «SQC» از زمانی که در سال ۲۰۱۲ اعلام کرد که اولین ترانزیستور تک اتمی جهان را ساخته است، باشد.

این شرکت می‌گوید توانسته است این مدار مجتمع را دو سال زودتر از موعد مقرر بسازد. بنیانگذار این شرکت ادعا می‌کند که این توسعه جدید نشان می‌دهد که ما تنها پنج سال با مشاهده محاسبات کوانتومی تجاری فاصله داریم.

این مدار مجتمع کوانتومی جدید می‌تواند به محققان اجازه دهد موادی را که تاکنون دیده نشده‌اند، ایجاد کنند.

تیم SQC پس از ساخت این مدار مجتمع در مقیاس اتمی، با موفقیت از آن برای مدل‌سازی حالت‌های کوانتومی یک مولکول «پلی‌استیلن»کوچک و سازمان‌یافته استفاده کرد. آنها می‌گویند که این کار، مدرکی قطعی ارائه می‌دهد که این مدار مجتمع می‌تواند برای مدل سازی سیستم‌های کوانتومی با دقت باورنکردنی استفاده شود.

«میشل سایمونز» پروفسور دانشگاه «نیو ساوث ولز»(UNSW) و بنیانگذار شرکت SQC گفت: کامپیوترهای کلاسیک امروزی به دلیل تعداد زیاد برهمکنش‌های احتمالی بین اتم‌ها، برای شبیه‌سازی مولکول‌های نسبتاً کوچک تلاش می‌کنند. توسعه فناوری مدارهای اتمی SQC به شرکت ما و مشتریانش اجازه می‌دهد تا مدل‌های کوانتومی را برای طیف وسیعی از مواد جدید، چه مواد دارویی، چه موادی برای باتری‌ها یا کاتالیزورها بسازد و طولی نمی‌کشد که بتوانیم مواد جدیدی را که قبلاً وجود نداشته‌اند، کشف کنیم.

شرکت SQC می‌گوید این مدار مجتمع، چالشی را که توسط فیزیکدان نظری پیشگام پروفسور«ریچارد فاینمن»در سال ۱۹۵۹ فرض شده بود، حل کرده است. «فاینمن»گفته بود که برای درک چگونگی کارکرد طبیعت، باید بتوانید ماده‌ای را که از آن ساخته شده است در مقیاس اتمی کنترل کنید.

«میشل سایمونز» می‌گوید: محصولات تجاری محاسبات کوانتومی ممکن است پنج سال دیگر تولید شوند.

وی شرکت SQC را در سال ۲۰۱۷ با ۸۳ میلیون دلار جمع آوری سرمایه اولیه تأسیس کرد. محاسبات کوانتومی، پتانسیل تغییر بسیاری از زمینه‌ها از جمله فیزیک، مهندسی و علوم کامپیوتر را دارد. شرکت‌هایی مانند گوگل و آی‌بی‌ام ادعا می‌کنند که به برتری کوانتومی دست یافته‌اند، اگرچه ماشین‌های آنها هنوز از دسترس مصرف‌کنندگان دور هستند و هنوز در مراحل اولیه توسعه و تحقیق قرار دارند.

«سایمونز» در یک مصاحبه گفت که زمان‌بندی دستیابی به مدارهای مجتمع شرکتش منعکس کننده زمان‌بندی کامپیوترهای کلاسیک است. وی گفت: ما اولین ترانزیستور را در سال ۱۹۴۷ داشتیم و اولین مدار مجتمع را در سال ۱۹۵۸ که ۱۱ سال بعد بود و پس از آن حدود پنج سال گذشت تا یک کامپیوتر کلاسیک تجاری محقق شود.

وی افزود: اکنون ما اولین ترانزیستور در مقیاس اتمی خود را در سال ۲۰۱۲ داشته‌ایم و طبق آن زمانبندی باید تا پایان سال ۲۰۲۳ به یک مدار مجتمع می‌رسیدیم، اما در پایان سال ۲۰۲۱ به آن رسیدیم، بنابراین دو سال زودتر از برنامه به آن رسیده‌ایم. این یعنی احتمالا حدود پنج سال دیگر تا رسیدن به محصولات تجاری کوانتومی زمان داریم.

شرکت SQC اکنون که مدار مجتمع کوانتومی خود را ساخته است، قصد دارد سخت افزار خود را در مقیاس وسیع‌تری توسعه دهد و تولید کند. با این حال، به گفته «سایمونز»، تمرکز بر کیفیت و نه بر کمیت است.

وی می‌گوید که مدار مجتمع این شرکت به لطف«فناوری ساخت فوق‌العاده دقیق که دریچه‌ای را به سوی دنیایی کاملا جدید باز می‌کند» امکان پذیر شده است و «این یک گام بزرگ به سمت ساخت یک کامپیوتر کوانتومی تجاری است.»