دانشمندان سال‌هاست که روی پیاده‌سازی محاسبات کوانتومی در کاربردهای روزمره کار می‌کنند. اگرچه اولین نمایش موفقیت آمیز چنین فناوری در اواخر دهه 1990 انجام شد، رایانه های کوانتومی شکننده هستند و برای اطمینان از عملکرد روان آنها نیاز به تعمیر و نگهداری جدی دارند، و ایجاد آنها برای استفاده در برنامه های روزمره کاملاً یک چالش است.
یکی از پیچیده‌ترین بخش‌های یک کامپیوتر کوانتومی، کیوبیت ابررسانا است، جزء محاسبات کوانتومی که شامل سلف‌ها و خازن‌ها است و بر مدارهای ابررسانا متکی است. با این حال، طبق تحقیقات اخیر، کیوبیت ابررسانا ممکن است به لطف دانشمندان موسسه فناوری ماساچوست که در حال توسعه نوع جدیدی از کیوبیت با استفاده از مواد بسیار نازک هستند، در حال کاهش باشد.
درک کیوبیت عنصری دشوار از فناوری است زیرا تمام عدم قطعیت های مکانیک کوانتومی را با خود به همراه دارد. در حالی که یک بیت کامپیوتر معمولی باینری است، یعنی 1 یا 0، یک کیوبیت می تواند 1، 0 یا هر دو در یک زمان باشد. این به دلیل برهم نهی کوانتومی است، که در آن دو طول موج یا ذره مختلف را می توان با هم ترکیب کرد تا در یک فضا همزیستی کنند. اساساً، یک ذره می‌تواند همزمان در دو مکان باشد، که به یک کیوبیت اجازه می‌دهد همزمان 1 یا 0 باشد. این به رایانه‌های کوانتومی اجازه می‌دهد تا فضا را برای داده‌ها ذخیره کنند و همچنین الگوریتم‌ها را کارآمدتر انجام دهند.
برای کار کردن، کیوبیت ها باید در دمای انجماد نزدیک به صفر مطلق کلوین نگهداری شوند. این امر ساخت یک کامپیوتر کوانتومی را گران و بسیار دشوار می کند. از آنجا که این کیوبیت ها از ذرات منفرد نیز استفاده می کنند، می توانند در برابر سایر ارتعاشات، حتی ارتعاشات کوچک، بسیار آسیب پذیر باشند. اکثر کیوبیت ها از یک مدار آلومینیومی ابررسانا ویژه تشکیل شده اند که می تواند یک کامپیوتر کوانتومی را حجیم کند.
دانشمندان موسسه فناوری ماساچوست در حال به چالش کشیدن اندازه معمول کیوبیت ها با استفاده از یک ماده فوق نازک هستند. این مواد مانند نیترید بور تنها چند لایه ضخامت دارند. محققان از نیترید بور شش ضلعی برای تشکیل عایق داخل خازن کیوبیت استفاده کردند. این اجازه می دهد تا اندازه خازن کاهش یابد و کیوبیت ها به طور کلی کوچکتر شوند. محققان دریافتند که می توانند کیوبیت هایی یک صدم کوچکتر از اندازه سنتی را از مواد جدید ایجاد کنند.
این نه تنها به کاهش اندازه رایانه کوانتومی کمک می کند، بلکه تداخل یا تداخل بین کیوبیت ها را کاهش می دهد که می تواند در عملکرد رایانه کوانتومی اختلال ایجاد کند.
در حالی که این تحقیق نشان می دهد که کار زیادی باقی مانده است، اما گام مهمی در جهت مقبولیت بیشتر کامپیوترهای کوانتومی را برجسته می کند. با دستگاه‌های کوچکتر، استفاده از این ماشین‌ها برای جامعه آسان خواهد بود و محاسبات کوانتومی را به بخش مهمی از آینده ما تبدیل می‌کند.
همچنین بخوانید:
- اولین کامپیوتر کوانتومی اروپا با بیش از 5000 کیوبیت راه اندازی شد
- 100 سال فیزیک کوانتومی: از نظریه های دهه 1920 تا کامپیوترها'استفاده می کند