یخچالهای کوانتومی جدید آیبیام ۱۸۰ برابر سردتر از فضا هستند
شرکت آیبیام از سامانه سرمایشی ماژولار جدیدی رونمایی کرده است که میتواند تراشههای کوانتومی را در دمایی نزدیک صفر مطلق به یکدیگر متصل کند.
به گزارش سایت دیدبان ایران، شرکت آیبیام از سامانه سرمایشی ماژولار جدیدی رونمایی کرده است که میتواند تراشههای کوانتومی را در دمایی نزدیک صفر مطلق به یکدیگر متصل کند.
رایانههای کوانتومی برای انجام محاسبات پیچیده به شرایط بسیار ویژهای نیاز دارند که یکی از مهمترین آنها، دمای فوقالعاده پایین است. تراشههای کوانتومی ابررسانا تنها زمانی میتوانند با دقت کافی کار کنند که تا نزدیکی صفر مطلق سرد شوند؛ موضوعی که با افزایش تعداد کیوبیتها و بزرگترشدن سامانهها، به یکی از چالشهای اصلی توسعهی این فناوری تبدیل میشود.
اکنون شرکت آیبیام با معرفی معماری سرمایشی ماژولار جدید خود تلاش کرده است تا راهی برای اتصال چندین پردازندهی کوانتومی در شرایط فوقسرد پیدا کند و زیرساخت لازم برای نسل بعدی رایانههای کوانتومی را فراهم سازد.
سانامه سرمایشی جدید معرفیشده توسط شرکت آیبیام، برای اتصال چندین پردازندهی کوانتومی و ساخت رایانههای بزرگتر طراحی شده است. به گزارش لایوساینس، این سامانه میتواند تراشههای کوانتومی را تا حدود ۱۰ میلیکلوین، یعنی منفی ۲۷۳٫۱۴ درجهی سانتیگراد، سرد کند؛ دمایی حدود ۱۸۰ برابر پایینتر از دمای معمول فضای میانستارهای.
یخچالهای کوانتومی جدید IBM میتوانند تراشهها را تا حدود ۱۰ میلیکلوین، یعنی نزدیک به صفر مطلق سرد کنند
هدف آیبیام از توسعهی «یخچالهای کوانتومی» حل یکی از مهمترین مشکلات گسترش رایانههای کوانتومی ابررسانا است. در این معماریها، افزایش تعداد کیوبیتها فقط به ساخت تراشههای بزرگتر محدود نمیشود و به زیرساختی نیاز دارد که بتواند تعداد زیادی تراشه را در دمای بسیار پایین نگه دارد و در عین حال، ارتباط میان آنها را حفظ کند.
آیبیام میگوید طراحی ماژولار جدید میتواند بخشی از زیرساخت لازم برای ساخت نخستین رایانهی کوانتومی مقاوم به خطای این شرکت، موسوم به Starling باشد که عرضهی آن برای سال ۲۰۲۹ برنامهریزی شده است.
رایانههای کوانتومی ابررسانای آیبیام اطلاعات را در واحدهایی به نام کیوبیت پردازش میکنند. این کیوبیتها بسیار حساساند و گرما، امواج الکترومغناطیسی و سایر عوامل محیطی میتوانند حالت کوانتومی آنها را مختل کنند و میزان خطا را افزایش دهند. برای کاهش این اختلالها، تراشههای کوانتومی آیبیام باید در دمای کمتر از حدود ۱۵ میلیکلوین فعالیت کنند که بسیار نزدیک به صفر مطلق است.
سیستم سرمایشی جدید از ماژولهایی مستقل تشکیل شده که هرکدام حدود ۲٫۴ متر ارتفاع و عرض دارند. این واحدها از سامانههای تبرید مبتنی بر هلیوم و فناوری «تبرید رقیقسازی» برای رسیدن به دماهای بسیار پایین استفاده میکنند. محفظههای خلأ، سپرهای حرارتی چندلایه و محافظهای الکترومغناطیسی نیز از پردازندهها در برابر گرما و نویز محیطی محافظت میکنند.
اعلام IBM، بیش از چهار روز زمان لازم است تا یک ماژول از دمای محیط به حدود چهار کلوین برسد و پس از آن دما به کمتر از ۱۵ میلیکلوین کاهش پیدا میکند.
برای افزایش توان رایانههای کوانتومی، نمیتوان تعداد نامحدودی کیوبیت را روی یک تراشه قرار داد. در نتیجه، سیستمهای بزرگتر به چندین تراشه و پردازندهی کوانتومی نیاز خواهند داشت.
یکی از راهها ساخت محفظهای بسیار بزرگ و فوقسرد برای نگهداری تمام تراشهها است، اما چنین سامانهای پیچیده و آسیبپذیر خواهد بود. هر بار که مهندسان بخواهند یکی از تراشهها را تعویض یا بررسی کنند، ممکن است مجبور شوند کل سامانه را از شرایط عملیاتی خارج کنند.
طراحی ماژولار سامانه به مهندسان امکان میدهد چند واحد سرمایشی مستقل را به هم متصل کنند و ظرفیت رایانهی کوانتومی را به تدریج افزایش دهند
طراحی ماژولار آیبیام تلاش میکند این مشکل را برطرف کند. در این معماری، تعداد مشخصی از تراشهها در هر ماژول سرمایشی قرار میگیرند و چند ماژول میتوانند به یکدیگر متصل شوند. نوآوری اصلی، برقراری ارتباط کوانتومی میان پردازندههایی است که در دو یخچال جداگانه قرار دارند.
آیبیام برای اتصال ماژولها از قطعاتی موسوم به L-coupler استفاده میکند. این قطعات در عمل کابلهای ابررسانای آلومینیومی با طولی تا حدود یک متر هستند.
در رایانههای کوانتومی معمولی، ارتباط بین کیوبیتها از طریق اتصالهای بسیار کوتاه روی خود تراشه انجام میشود. قطعات یادشده قرار است همین ارتباط را در فاصلهای بسیار بیشتر و بین تراشههایی برقرار کنند که حتی در دو محفظهی سرمایشی جداگانه قرار گرفتهاند.
الیور دیال، معاون عملیات کوانتومی آیبیام، میگوید این فناوری امکان انجام عملیات دوکیوبیتی میان تراشههای جداگانه را فراهم میکند و پایهی معماری ماژولار آیندهی این شرکت خواهد بود. آیبیام میگوید برای نخستینبار توانسته است دو ماژول سرمایشی جداگانه را به یکدیگر متصل و همزمان تا دمای عملیاتی لازم برای پردازندههای کوانتومی سرد کند.
آیبیام قصد دارد استفاده از معماری سرمایشی ماژولار را از سال ۲۰۲۷ آغاز کند. نخستین سامانهها قرار است از دو یا سه ماژول تشکیل شوند و در مجموع امکان پشتیبانی از حدود هزار کیوبیت را داشته باشند.
هدف بلندمدت، ساخت رایانهی کوانتومی استارلینگ در سال ۲۰۲۹ است. آیبیام انتظار دارد این سامانه بتواند تا ۱۰۰ میلیون عملیات کوانتومی را در یک اجرای پیوسته انجام دهد. رسیدن به چنین مقیاسی مستلزم دستیابی به محاسبات کوانتومی مقاوم به خطا است.
در این نوع رایانهها، روشهای تصحیح خطای کوانتومی باید بتوانند خطاهای ایجادشده در کیوبیتها را در حین انجام محاسبات شناسایی و اصلاح کنند. این ویژگی برای اجرای محاسبات طولانی اهمیت زیادی دارد؛ زیرا کیوبیتهای امروزی آنقدر مستعد خطا هستند که پس از تعداد محدودی عملیات، نتیجهی محاسبه دیگر قابل اعتماد نیست.
با وجود پیشرفت تازه، آیبیام هنوز عملکرد کامل رایانهی کوانتومی ماژولار را نشان نداده است. پژوهشگران فعلاً ثابت کردهاند که دو واحد سرمایشی را میتوان به یکدیگر متصل کرد و همزمان به دمای عملیاتی رساند. این شرکت آزمایشهایی اولیه با پردازندهی فلمینگو انجام داده، اما هنوز محاسبات پیچیدهی کوانتومی میان چند ماژول اجرا نشده است. آیبیام همچنین قصد دارد پردازندههای نسل جدید نایتهاوک را در این سامانهها آزمایش کند.
نخستین سامانههای این معماری قرار است از سال ۲۰۲۷ به کار گرفته شوند و در مجموع از حدود هزار کیوبیت پشتیبانی کنند
جری چو، مدیر ارشد فناوری ابررایانههای کوانتومی آیبیام، میگوید رسیدن به رایانههای مقاوم به خطا احتمالاً نتیجهی کشف واحدی نخواهد بود، بلکه به مجموعهای از پیشرفتهای کوچک مهندسی در پردازندهها، نرمافزار، سامانههای کنترل، تصحیح خطا و زیرساختهای سرمایشی نیاز دارد.
آیبیام تنها شرکتی نیست که برای رسیدن به رایانهی کوانتومی مقاوم به خطا رقابت میکند. شرکتها و گروههای پژوهشی دیگر نیز معماریهای متفاوتی را دنبال میکنند و برخی از آنها حتی به سراغ سامانههایی نظیر رایانههای مبتنی بر فوتونها یا نقصهای کوانتومی در الماس رفتهاند که برای کارکرد به چنین دماهای پایینی نیاز ندارند.