تراشۀ جدید مایکروسافت و گامی بزرگ به سوی رایانش کوانتومی پایدارتر
مایکروسافت اعلام کرده است که در مسیر ساخت نوع جدیدی از رایانه‌های کوانتومی بر پایۀ کیوبیت‌های توپولوژیکی پیشرفت چشمگیری داشته است.
پیشرفتی در مسیر ۲۰ ساله
پس از دو دهه تحقیق، مایکروسافت موفق شده است به مرحله‌ای برسد که بتواند کیوبیت‌های توپولوژیکی را پیاده‌سازی کند - رویکردی که می‌تواند رایانه‌های کوانتومی را پایدارتر و مقیاس‌پذیرتر کند. رایانه‌های کوانتومی پتانسیل آن را دارند که شبیه‌سازی مواد پیچیده را متحول کنند و به کشف مواد جدید و بسیاری کاربردهای دیگر منجر شوند. با این حال، چالش اساسی، ساخت سیستم‌هایی است که به اندازه کافی بزرگ و پایدار باشند تا پردازش‌های پیچیده را به درستی انجام دهند.
بیشتر فناوری‌های رایانش کوانتومی امروزی، مانند کیوبیت‌های ابررسانا که گوگل و IBM روی آن‌ها کار می‌کنند، بسیار حساس و مستعد خطا هستند، به طوری که برای تصحیح خطا نیاز به تعداد زیادی کیوبیت اضافه دارند. اما مایکروسافت به دنبال راهکاری متفاوت است که با استفاده از اجزایی پایدارتر، این نیاز را کاهش دهد.
کیوبیت‌های توپولوژیکی و چالش‌های فنی
این شرکت برای رسیدن به هدف خود از ذراتی موسوم به «کوارزی‌ذره‌های مایورانا» استفاده می‌کند. این ذرات واقعی نیستند، بلکه الگوهای رفتاری خاصی هستند که در شرایط فیزیکی ویژه‌ای ظاهر می‌شوند.
مایکروسافت در این مسیر با چالش‌هایی نیز روبه‌رو بوده است، از جمله پس گرفتن مقاله‌ای علمی در سال ۲۰۱۸ که توسط پژوهشگران مرتبط با این شرکت منتشر شده بود. اما تیم تحقیقاتی مایکروسافت، که اکنون این پروژه را به طور داخلی مدیریت می‌کند، ادعا دارد که در مسیر ساخت رایانه‌ای کوانتومی مقاوم در برابر خطا با چند هزار کیوبیت قرار دارد و حتی برای ساخت تراشه‌هایی با یک میلیون کیوبیت نقشه راه دارد—حدی که می‌تواند قدرت واقعی این فناوری را به نمایش بگذارد.
دستاوردهای اخیر و اعتبارسنجی علمی
مایکروسافت اخیراً موفق شده است کیوبیت‌های توپولوژیکی را آزمایش کند و یک تراشه شامل هشت کیوبیت را طراحی کند. این شرکت اعلام کرده است که نتایج اولیه این تحقیقات، که در مقاله‌ای در مجله Nature منتشر شده، یک گام مهم در تأیید عملکرد این سیستم است.
چتان نایک، مدیر ارشد فنی مایکروسافت و رهبر این پروژه، می‌گوید:
"ساخت یک میلیون کیوبیت بدون تلاش‌های طاقت‌فرسا و حل چالش‌های فنی پیچیده امکان‌پذیر نیست. اما ما به مسیر خود اطمینان داریم و چشم‌انداز روشنی پیش روی خود می‌بینیم."
برخی از دانشمندان خارج از مایکروسافت نیز این پیشرفت را امیدوارکننده می‌دانند. اسکات آرونسون، دانشمند علوم کامپیوتر در دانشگاه تگزاس، می‌گوید:
"به نظر می‌رسد که این پژوهش به نقطه عطف مهمی رسیده است. امیدوارم این نتایج تأیید شوند و توسعه پیدا کنند."
مسیر پیش رو و چالش‌های باقی‌مانده
رایانه‌های کوانتومی بر پایه کیوبیت‌هایی ساخته می‌شوند که می‌توانند در حالات کوانتومی شکننده‌ای وجود داشته باشند—نه صرفاً ۰ و ۱، بلکه ترکیبی از هر دو. اما حفظ این حالات و ارتباط دادن کیوبیت‌ها به یکدیگر کاری دشوار است و نیازمند تکنیک‌های تصحیح خطای پیشرفته است.
برای سال‌ها، محققان به دنبال کیوبیت‌های توپولوژیکی بوده‌اند، زیرا این نوع کیوبیت‌ها به دلیل ماهیت ریاضیاتی خود در برابر خطا مقاوم‌تر هستند. با این حال، ساخت این نوع کیوبیت نیازمند ایجاد حالتی از ماده است که در طبیعت دیده نشده است. مایکروسافت تلاش کرده است این حالت را با استفاده از یک «نانوسیم» از جنس ایندیوم آرسنید ایجاد کند که در کنار آلومینیوم قرار می‌گیرد تا در دمای نزدیک به صفر مطلق، ابررسانا شود.
اگر این فرایند موفقیت‌آمیز باشد، می‌توان چهار حالت کوانتومی موسوم به «مدهای صفر مایورانا» را در یک جفت نانوسیم به هم پیوند داد و از آن‌ها به عنوان کیوبیت‌هایی مقاوم در برابر خطا استفاده کرد. مایکروسافت ادعا دارد که در حال حاضر توانسته است این سیستم را ایجاد کند و نتایج را در مقاله‌ای که به زودی منتشر خواهد شد، ارائه می‌دهد.
برخی دانشمندان همچنان تردیدهایی دارند. هنری لگ، فیزیکدان دانشگاه سنت اندروز، به فقدان داده‌های کافی در مقاله قبلی این تیم اشاره کرده و معتقد است که هنوز شواهد قطعی برای وجود ذرات مایورانا ارائه نشده است. با این حال، نایک تأکید می‌کند که شواهد موجود به مرور قوی‌تر شده‌اند و یافته‌های اخیر تیم او، درک بهتری از این سیستم را فراهم کرده‌اند.
رقابت برای مقیاس‌پذیری
مایکروسافت در رقابت رایانش کوانتومی به ظاهر از رقبا عقب مانده است—در حالی که شرکت‌هایی مانند گوگل و IBM تاکنون بیش از ۱۰۰۰ کیوبیت را به هم متصل کرده‌اند، مایکروسافت تازه در حال آزمایش ترکیب چند کیوبیت است. اما پژوهشگران این شرکت معتقدند که مسیر آن‌ها نیازمند ایجاد مفاهیم کاملاً جدیدی در فیزیک بوده است، در حالی که رقبا بر پایه مدل‌هایی کار می‌کنند که پیش‌تر درک شده بودند.
این تحقیق یکی از طولانی‌ترین پروژه‌های تحقیق و توسعه در تاریخ مایکروسافت بوده است. با این حال، اخیراً این شرکت از حمایت مالی آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی ایالات متحده (DARPA) برخوردار شده است تا روی طراحی یک سیستم کوانتومی در مقیاس وسیع کار کند.
سَنکار داس سارما، فیزیکدان نظری که از اولین محققان این حوزه بوده است، می‌گوید:
"بزرگ‌ترین نقطه‌ضعف کیوبیت‌های توپولوژیکی این است که هنوز یک چالش فیزیکی محسوب می‌شوند. اما اگر ادعاهای مایکروسافت درست باشد، شاید اکنون زمان آن رسیده باشد که از مرحله فیزیک عبور کنیم و وارد فاز مهندسی شویم."
آینده‌ای امیدوارکننده
با اینکه هنوز چالش‌های علمی و فنی زیادی پیش روی این فناوری وجود دارد، اما اگر کیوبیت‌های توپولوژیکی واقعاً عملی شوند، می‌توانند نقطه عطفی در توسعه رایانش کوانتومی باشند. اگر مایکروسافت بتواند به وعده‌های خود عمل کند، این فناوری می‌تواند رایانه‌های کوانتومی را از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی به مرحله‌ای برساند که برای کاربردهای عملی و صنعتی قابل استفاده باشند.
Credit: "A new Microsoft chip could lead to more stable quantum computers" By Rachel Courtland, published in MIT Technology Review.
Read here: https://www.technologyreview.com/2025/02/19/1112072/a-new-microsoft-chip-could-lead-to-more-stable-quantum-computers/
