این رایانۀ کوانتومی که داخل رَک‌ ساخته شده است، راه را برای ماشین‌های بزرگ‌تر هموار می‌کند

یک استارتاپ کانادایی به نام Xanadu رایانۀ کوانتومی جدیدی ساخته که به گفته این شرکت، به‌راحتی قابل مقیاس‌پذیری است و می‌تواند به سطح قدرت محاسباتی موردنیاز برای حل چالش‌های علمی، از کشف دارو گرفته تا بهینه‌سازی یادگیری ماشینی، دست یابد.

رایانۀ کوانتومی Aurora از نوع فوتونی است، یعنی اطلاعات را در نور رمزگذاری کرده و محاسبات را با کیوبیت‌های فوتونی انجام می‌دهد. این فرایند شامل ترکیب و بازترکیب پرتوهای لیزر روی تراشه‌های متعدد با استفاده از لنزها، فیبرهای نوری و دیگر اجزای نوری، مطابق با یک الگوریتم کوانتومی است. برخلاف شرکت‌هایی مانند گوگل و IBM که اطلاعات را در مدارهای ابررسانا ذخیره می‌کنند، در Aurora خروجی یک محاسبه، مستقیماً از تعداد فوتون‌های باقی‌مانده در هر پرتو لیزر به دست می‌آید.

معماری ماژولار و طراحی مقیاس‌پذیر

Aurora از یک طراحی ماژولار بهره می‌برد که شامل چهار واحد مشابه است. هر واحد در یک رک سرور استاندارد قرار دارد که کمی بلندتر و عریض‌تر از یک انسان معمولی است. کریستین ویدبروک، مدیرعامل و بنیان‌گذار Xanadu، می‌گوید:
"برای ساخت یک رایانه کوانتومی قدرتمند، کافی است هزاران واحد از این ماژول‌ها را کپی کرده و به هم متصل کنیم."

چشم‌انداز این شرکت، ایجاد یک مرکز داده کوانتومی است که از ردیف‌هایی از این سرورها تشکیل شده باشد، برخلاف مدل‌های سنتی که رایانه‌های کوانتومی را به عنوان تراشه‌هایی تخصصی درون یک ابررایانه تصور می‌کردند.

گامی اولیه اما امیدوارکننده

تحقیقات مربوط به این پروژه که اخیراً در مجله Nature منتشر شده، اولین گام در تحقق این ایده است. در حال حاضر، Aurora با استفاده از ۳۵ تراشه، در مجموع ۱۲ کیوبیت کوانتومی ایجاد کرده است. با این حال، برای دستیابی به کاربردهای عملی رایانش کوانتومی، تعداد هزاران تا میلیون‌ها کیوبیت موردنیاز خواهد بود.

برای مقایسه، گوگل در رایانه کوانتومی Willow که سال گذشته معرفی شد، ۱۰۵ کیوبیت (همگی روی یک تراشه واحد) را به کار گرفت، و Condor شرکت IBM دارای ۱۱۲۱ کیوبیت است.

دوشش تیواری، محقق رایانش کوانتومی در دانشگاه Northeastern، این پیشرفت را به ساخت یک هتل تشبیه می‌کند:
"آن‌ها یک اتاق ساخته‌اند و مطمئنم که می‌توانند چندین اتاق دیگر هم بسازند، اما مشخص نیست که آیا می‌توانند آن را طبقه به طبقه گسترش دهند یا نه."

با این حال، او این کار را بسیار امیدوارکننده می‌داند.

مزایای رایانه‌های کوانتومی فوتونی

Xanadu ممکن است در حال حاضر تعداد کیوبیت‌های کمتری نسبت به IBM داشته باشد، اما تیواری معتقد است که این مسئله نشان‌دهنده ضعف فناوری فوتونی نیست، بلکه بیشتر به میزان سرمایه‌گذاری در آن بستگی دارد.

رایانه‌های کوانتومی فوتونی دارای چندین مزیت کلیدی هستند:

✅ پایداری بیشتر: کیوبیت‌های فوتونی کمتر تحت تأثیر نویز محیطی قرار می‌گیرند، بنابراین می‌توانند اطلاعات را برای مدت‌ طولانی‌تری حفظ کنند.

✅ اتصال آسان‌تر: این سیستم‌ها به‌راحتی از طریق فیبرهای نوری استاندارد به یکدیگر متصل می‌شوند، زیرا اطلاعات آن‌ها به‌طور ذاتی بر پایه نور است. این ویژگی، گامی مهم در جهت ایجاد اینترنت کوانتومی محسوب می‌شود که امکان ارتباط بین رایانه‌های کوانتومی مختلف را فراهم می‌کند.

✅ عدم نیاز به سرمایش شدید: برخلاف رایانه‌های کوانتومی ابررسانا که به دمای نزدیک به صفر مطلق نیاز دارند، رک‌های سرور Aurora در دمای اتاق کار می‌کنند. البته، آشکارسازهای فوتونی هنوز نیاز به سرمایش کریوژنیک دارند که در یک اتاق جداگانه انجام می‌شود.

آینده رایانش کوانتومی فوتونی

Xanadu تنها شرکتی نیست که روی رایانه‌های کوانتومی فوتونی کار می‌کند. شرکت‌هایی مانند PsiQuantum در ایالات متحده و Quandela در فرانسه نیز در این زمینه فعال هستند. برخی گروه‌های دیگر از اتم‌های خنثی و یون‌ها برای توسعه سیستم‌های کوانتومی خود بهره می‌برند.

از نظر فنی، تیواری معتقد است که هیچ فناوری کوانتومی‌ای به‌تنهایی برنده نهایی نخواهد بود، بلکه هر نوع کیوبیت برای کاربردهای خاصی مناسب‌تر است. به عنوان مثال، رایانه‌های کوانتومی فوتونی در حل مسائل گرافی پیچیده از طریق نمونه‌برداری بوزونی گاوسی (Gaussian Boson Sampling) عملکرد بسیار خوبی دارند. او می‌گوید:
"واقعاً دوست دارم افراد بیشتری به رایانه‌های کوانتومی فوتونی توجه کنند."

چالش اصلاح خطا

آیزاک کیم، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، به یک چالش مهم اشاره می‌کند: تاکنون Xanadu مکانیسم اصلاح خطا را که برای دستیابی به کاربردهای عملی در رایانش کوانتومی ضروری است، پیاده‌سازی نکرده است. اطلاعات ذخیره‌شده در رایانه‌های کوانتومی بسیار شکننده هستند و بدون مکانیزم‌های اصلاح خطا، امکان پردازش پایدار و دقیق آن‌ها دشوار خواهد بود.

با این حال، ویدبروک اعلام کرده که گام بعدی Xanadu، بهبود کیفیت فوتون‌ها در رایانه کوانتومی این شرکت خواهد بود. او توضیح می‌دهد:
"هنگامی که لیزر را از یک محیط، مانند فضای آزاد، تراشه‌ها یا فیبرهای نوری عبور می‌دهید، تمام اطلاعات از ابتدا تا انتها منتقل نمی‌شوند. بنابراین، مقداری از نور و در نتیجه اطلاعات از بین می‌رود."

این شرکت در حال کار بر روی کاهش این تلفات نوری است که باعث کاهش خطاها در محاسبات خواهد شد.

چشم‌انداز آینده: مرکز داده کوانتومی

Xanadu هدف دارد تا سال ۲۰۲۹، یک مرکز داده کوانتومی با هزاران سرور و بیش از یک میلیون کیوبیت بسازد—گامی که می‌تواند تحولی عظیم در دنیای محاسبات کوانتومی ایجاد کند.

Credit: “This quantum computer built on server racks paves the way to bigger machines“ By Sophia Chen, published in MIT Technology Review.

Read it here: https://www.technologyreview.com/2025/01/30/1110672/this-quantum-computer-built-on-server-racks-paves-the-way-to-bigger-machines/

Image Credit: Xanadu