ژاپن اولین کامپیوتر کوانتومی با دمای اتاق کامل خود را روشن می کند - و دانشمندان قصد دارند آن را تا 10000 کیوبیت مقیاس کنند.

محققان ژاپنی «شونکای»، یک رایانه کوانتومی اتمی خنثی را روشن کرده‌اند که دانشمندان امیدوارند تا مارس 2031 آن را به یک غول 10000 کیوبیتی تبدیل کنند.

Shunkai اولین سیستم فول استک در نوع خود در ژاپن است، به این معنی که دارای لایه‌های نرم‌افزار، کنترل و سخت‌افزاری است که برای خواندن ورودی‌های کاربر و بازگرداندن نتیجه لازم است – که برخلاف رایانه‌های شخصی معمولی نیست. در تئوری، این بدان معناست که استفاده معنادار از این دستگاه برای محققان آسان‌تر خواهد بود، زیرا تیم سازنده Shunkai قصد دارد در سال‌های آینده آن را برای کاربران خارجی باز کند.

در بیانیه ای، کنجی اوهموری، سرپرست پروژه، پروفسور علوم فوتو مولکولی در مؤسسه علوم مولکولی، گفت که استفاده محققان از Shunkai "به تأثیرات موجی در زمینه های مختلف در صنعت، دانشگاه و دولت در سراسر جهان منجر می شود."

تیم سازنده این ماشین جدید قصد دارد آن را در یک مرکز ابررایانه مشترک موجود ادغام کند تا یک مرکز محاسبات ترکیبی کوانتومی-GPU ایجاد کند.

کامپیوترهای کوانتومی: قدرتمند اما غیرعملی

برخلاف رایانه‌های سنتی یا «کلاسیک»، رایانه‌های کوانتومی بر اساس قوانین عجیب فیزیک کوانتومی کار می‌کنند. در سیستم‌های کوانتومی، کیوبیت‌ها - به شکل مدارهای ابررسانا، یون‌های به دام افتاده یا فوتون‌ها (در میان روش‌های دیگر) - بلوک‌های ساختمانی اساسی اطلاعات کوانتومی را نشان می‌دهند. اینها می توانند به صورت 1، 0 یا "برهم نهی" هر دو حالت به طور همزمان وجود داشته باشند.

با این حال، کیوبیت ها بسیار شکننده هستند. حتی تداخل محیطی جزئی می تواند اطلاعات موجود در آنها را بی ثبات یا از بین ببرد و دقت را به چالشی مداوم در دنیای محاسبات کوانتومی تبدیل کند. تصور می‌شود که نرخ خطا در کیوبیت تقریبا 1 در 1000 باشد، در حالی که در بیت‌های محاسباتی کلاسیک حدود 1 در میلیارد یا حتی 1 در هر تریلیون عملیات وجود دارد.

به همین دلیل است که حجم عظیمی از تحقیقات به تصحیح خطای کوانتومی اختصاص یافته است. این زمینه به دنبال کاهش این غیرقابل اعتماد بودن ذاتی با ایجاد افزونگی در روش کدگذاری اطلاعات در کیوبیت است تا خطاهای کوچک کل محاسبات را از بین نبرد.

هدف کلی ایجاد کیوبیت‌های با کیفیت بالاتر و سپس افزایش تعداد کیوبیت‌ها در یک سیستم است تا کامپیوترهای کوانتومی در نهایت بتوانند با سریع‌ترین ابررایانه‌های جهان رقابت کنند.

این مشکل سخت، همراه با نیاز سیستم‌های کوانتومی به سیستم‌های خنک‌کننده پیچیده برای عملیاتی نگه داشتن آنها، آنها را در خارج از محیط‌های آزمایشگاهی تنظیم‌شده غیرعملی می‌سازد.

یک سیستم کوانتومی قابل اعتمادتر؟

شونکای، که به افتخار ستاره شناس ژاپنی قرن هفدهم، هارومی شیبوکاوا، نامگذاری شده است، حداقل از برخی از این محدودیت ها اجتناب می کند. سیستم جدید ژاپن به جای استفاده از مدارهای فوق خنک، اتم‌های خنثی را به‌عنوان کیوبیت ترکیب می‌کند که با استفاده از «موچین‌های نوری» گرفته و معلق می‌شوند.

این پرتوهای لیزری با تمرکز شدید، اتم‌ها را جذب کرده و آنها را در داخل یک محفظه خلاء مرتب می‌کنند، در حالی که امواج مایکروویو یا نور لیزر برای دستکاری حالت‌های کوانتومی اتم‌ها و انجام محاسبات استفاده می‌شوند. سپس نتایج با مشاهده فلورسانس از هر اتم جداگانه با دوربین خوانده می شود.

نکته مهم، استفاده شونکای از اتم های خنثی به عنوان کیوبیت به جای مدارهای ابررسانا به این معنی است که می تواند در دمای اتاق کار کند. از آنجایی که آرایش کیوبیت‌ها در سیستم‌های اتم خنثی را می‌توان در طول محاسبات به‌خوبی تنظیم کرد، محققان همچنین می‌توانند تنظیم کنند که کدام کیوبیت‌ها با یکدیگر تعامل دارند و درهم تنیدگی - حالتی عجیب از اشتراک‌گذاری اطلاعات بین ذرات در طول زمان و مکان - بین جفت‌های مختلف ایجاد کنند.

این می‌تواند به غلبه بر دو تا از بزرگترین موانع پیش روی سیستم‌های کوانتومی عملی کمک کند: مقیاس کردن ماشین‌ها به تعداد زیادی کیوبیت، و تصحیح خطاهایی که ناگزیر در محاسبات کوانتومی خزش می‌کنند.

داستان های مرتبط

آخرین تراشه کوانتومی مایکروسافت 1000 برابر قابل اعتمادتر از نسل قبلی خود است - اما چرا اینقدر بحث برانگیز است؟

یخچال‌های کوانتومی جدید آی‌بی‌ام نزدیک به 200 برابر سردتر از فضای عمیق هستند و می‌توانند راه را برای محاسبات کوانتومی مقاوم در برابر خطا هموار کنند.

مهندسان اولین کامپیوتر کوانتومی قابل حمل الماس را ساختند - این کامپیوتر در دمای اتاق کار می کند و می توان آن را به پریز وصل کرد.

نمایندگان مؤسسه ملی علوم طبیعی ژاپن در بیانیه ای اعلام کردند که برای این منظور، Shunkai تا حدی به روی محققان خارجی برای توسعه برنامه ها و آزمایش و بهبود قابلیت های تصحیح خطای کوانتومی سیستم باز خواهد شد.

سیستم کوانتومی ابتدا با حدود 50 کیوبیت کار خواهد کرد و سپس به حدود 500 می رسد. هدف بلندمدت به طور قابل توجهی بلندپروازانه تر است: تا مارس 2031، این تیم قصد دارد تا Shunkai را به یک "کامپیوتر کوانتومی مقاوم در برابر خطای اتم خنثی در مقیاس بزرگ، با کارایی بالا، با 10000 رایانه ی تشخیص کوانتومی خطای فیزیکی و ظرفیت تصحیح کوانتومی کوانتومی." انجام این کار، آن را به راحتی بالاتر از آرایه اتم خنثی 6100 کیوبیتی قرار می دهد که توسط محققان Caltech در اکتبر 2025 نشان داده شد.

اوهموری گفت: «کامپیوترهای کوانتومی مبتنی بر اتم خنثی اخیرا به‌عنوان یک روش جدید که می‌تواند از محدودیت‌های مدالیته ابررسانا فراتر رود، به سرعت در سراسر جهان توجه را به خود جلب کرده است. من فکر می کنم بسیار مهم است که ما اکنون اولین کامپیوتر کوانتومی تمام پشته ژاپن را در این روش پیشرفته توسعه داده ایم و عملیات آن را آغاز کرده ایم."

آیا می توانید این وسایل باستانی را با تصاویر آنها مطابقت دهید؟ با مسابقه محاسباتی ما پیدا کنید!