برای اولین بار در دنیای کوانتومی، محققان دقت محاسبات دوکیوبیتی در سیلیکون را مشخص کردند – مانستگی متوسط گیت دوکیوبیتی: ۹۸ درصد؛ سیلیکون به عنوان راهی برای رفتن تایید شد.

محققان، برای اولین بار، موفق به اندازه‌گیری مانستگی (fidelity)، و یا همان دقت، عملیات منطقی دوکیوبیتی در سیلیکون  شدند؛ نتایج بسیار نویدبخش است و ساخت یک پردازنده‌ی کوانتومی تمام مقیاس (full-scale) را ممکن می‌سازد. این تحقیق توسط تیم پروفسور اندرو دزوراک (Andrew Dzurak) در دانشکده مهندسی دانشگاه UNSW استرالیا انجام و نتایج آن در نشریه Nature چاپ شده است.

آن‌طور که پروفسور دزوراک می‌گوید هر گونه محاسبه کوانتومی با هر تعداد کیوبیت ممکن است اگر بتوان عملیات تک کیوبیتی و عملیات دوکیوبیتی را انجام داد – آن‌ها اجزای سازنده اصلی محاسبات کوانتومی هستند. البته هر دوی این اعمال باید با دقت بسیار بالایی انجام شوند.

در سال ۲۰۱۵، تیم دزوراک اولین تیمی بود که یک گیت منطق کوانتومی را ساخت و با ممکن کردن انجام محاسبات بین دو کیوبیت سیلیکونی، یک مانع جدی برای محقق ساختن محاسبات کوانتومی سیلیکونی را از میان برداشت. پس از آن، گروه‌های دیگری هم گیت‌های دوکیوبیتی سیلیکونی را محقق ساختند اما تا منتشر شدن این مقاله متحول کننده، دقت واقعی چنین گیت دو کیوبیتی ای شناخته شده نبود.

دقت برای موفقیت کوانتوم حیاتی است.

دکتر یانگ می‌گوید: "مانستگی یک پارامتر کلیدی است که تعیین می‌کند چقدر یک فن آوری کیوبیت قابل اتکاست – تنها وقتی می‌توانید از قدرت عظیم محاسبات کوانتومی استفاده کنید که عملیات روی کیوبیت‌ها را تقریبا بصورت ایده‌آل انجام دهید یعنی فقط خطاهای کوچک مجازند."

در این تحقیق، محک مانستگی مبتنی بر کلیفورد (Clifford-based fidelity benchmarking) پیاده‌سازی و اجرا شد - تکنیکی که می‌تواند دقت کیوبیت را در تمامی بسترهای تکنولوژیک ارزیابی کند. نتیجه کار متوسط مانستگی گیت دوکیوبیتی را برابر با ۹۸ درصد نشان داد.

آقای هوانگ، نویسنده اصلی مقاله، می‌گوید: "با شناسایی و تخفیف منابع خطای اولیه، ما به چنین مانستگی بالایی رسیدیم تا اعمال توالی‌های محک تصادفی طولانی - بیش از ۵۰ عملیات گیت زنی – روی دستگاه دوکیوبیتی مان ممکن شود".

سیلیکون به عنوان راهی برای رفتن تایید شد.

محققان می‌گویند این مطالعه، بیش از پیش، ثابت می‌کند که سیلیکون به عنوان یک پلتفرم تکنولوژی برای داشتن تعداد زیادی کیوبیت - که مورد نیاز محاسبات کوانتومی جهانی (universal) است – ایده‌آل می‌باشد. با توجه به این که سیلیکون، برای مدتی قریب به ۶۰ سال، در قلب صنعت جهانی کامپیوتر بوده است، خواص آن به خوبی درک شده است و امکانات موجود در ساخت تراشه‌های سیلیکونی به راحتی می‌توانند با این تکنولوژی جدید تطبیق پیدا کنند.

پروفسور دزوراک می‌گوید: "اگر مقدار مانستگی بدست آمده خیلی کم بود، این مسأله به معنای مشکلات جدی برای آینده محاسبات کوانتومی سیلیکونی قمداد می‌شد. این حقیقت که این مانستگی نزدیک به ۹۹ درصد است، آن را تقریبا در همان جایی که نیاز داریم قرار می‌دهد و، علاوه بر آن، چشم اندازهای بسیار خوبی هم برای بهبود بیشتر آن وجود دارد. نتایج ما بلافاصله نشان می‌دهند که، همانطور که پیش بینی کرده بودیم، سیلیکون یک پلت فرم قابل اتکا برای محاسبات کوانتومی تمام مقیاس است."

"ما فکر می‌کنیم که در آینده نزدیک به مانستگی‌هایی دست پیدا کنیم که بطرز قابل توجهی بالاتر هستند و راه را برای محاسبه کوانتومی تمام مقیاس مقاوم نسبت به خطا (fault-tolerant) باز کنیم. ما هم اکنون در آستانه دقت دو کیوبیتی کافی برای تصحیح خطای کوانتومی قرار داریم."

در یک مقاله دیگر که اخیرا در Nature Electronics منتشر شده و روی جلد مجله برجسته شده (و دکتر یانگ نویسنده اصلی آن است)، همین تیم به رکورد دقیق‌ترین گیت تک کیوبیتی جهان در یک کوانتوم دات سیلیکونی (silicon quantum dot) با مانستگی قابل توجه ۹۶/۹۹ درصد دست یافت.

پروفسور مارک‌هافمن، رئیس دانشکده مهندسی دانشگاه UNSW، می‌گوید که این پیشرفت اثبات دیگری است که این تیم پیشرو در جهان در حال عبور دادن محاسبات کوانتومی از آستانه حالت نظری به واقعیت است.

پروفسور‌هافمن می‌گوید: "محاسبات کوانتومی مسابقه فضایی قرن است و سیدنی این بار را رهبری می‌کند."

"این نقطه عطف گام دیگری برای تحقق بخشیدن به یک کامپیوتر کوانتومی بزرگ مقیاس بوده و این واقعیت را تقویت می‌کند که سیلیکون یک رویکرد بسیار جذاب است. ما معتقدیم این رویکرد UNSW را قبل از همه به هدف خواهد رساند."

کوبیت‌های اسپین مبتنی بر تکنولوژی  CMOSسیلیکون، روش خاصی که توسط گروه پروفسور دزارک توسعه داده شد، برای محاسبات کوانتومی بسیار نویدبخش هستند. دلیل این امر، زمان همدوسی طولانی آن‌ها و وجود پتانسیل استفاده از فن آوری مدار مجتمع موجود برای تولید تعداد زیادی کوبیت (که مورد نیاز برای کاربردهای عملی می‌باشد) است.

پروفسور دزوراک پروژه ای را برای پیشبرد تکنولوژی کیوبیت CMOS سیلیکونی باSilicon Quantum Computing، اولین شرکت محاسبات کوانتومی استرالیا، رهبری می‌کند.

پروفسور دزوراک می‌گوید: "آخرین نتیجه‌ی ما، ما را به تجاری‌سازی این تکنولوژی نزدیک‌تر می‌کند – تمام هدف گروه من ساخت یک تراشه کوانتومی است که بتواند برای کاربری‌های دنیای واقعی استفاده شود."

یک پردازنده کوانتومی تمام مقیاس کاربری‌های عمده‌ای در بخش‌های مالی، امنیتی و مراقبت‌های بهداشتی خواهد داشت. چنین پردازنده‌ای کمک می‌کند تا با شتاب بخشیدن به طراحی کامپیوتری ترکیبات دارویی، داروهایی جدید شناسایی شده و توسعه یابند. چنین پردازنده‌ای می‌تواند به ایجاد مواد جدید سبک‌تر و قوی‌تری کمک کند که از آن‌ها در گستره‌ی وسیعی از وسایل (از تجهیزات الکترونیک مصرفی گرفته تا هواپیما) استفاده می‌شود. چنین پردازنده‌ای می‌تواند به جستجوی سریعتر اطلاعات در پایگاه داده‌های بزرگ کمک کند.

مترجم خبر: آقای سروش خادمی

منبع خبر:

https://phys.org/news/2019-05-quantum-world-firstresearchers-reveal-accuracy-two-qubit.html