فهرست عناوین

رایانه کوانتومی یک سبک کاملاً جدید از محاسبات است. اکثر مردم با رایانه‌های کلاسیک آشنا هستند که از اعداد دودویی یا "بیت‌ها" تشکیل شده‌اند و می‌توانند به حالت‌های ۱ یا ۰ وجود داشته باشند. این رایانه‌ها از ماشین‌حساب‌های گرافیکی گرفته تا مراکز داده بزرگ را پشتیبانی کرده و تقریباً تمام نوآوری‌های دیجیتال نیم‌قرن گذشته را شکل داده‌اند. اما رایانه کوانتومی متفاوت است؛ این رایانه‌ها به جای بیت‌های کلاسیک، از بیت‌های کوانتومی یا "کیوبیت" استفاده می‌کنند.

کیوبیت‌ها طبق قوانین فیزیک کوانتومی عمل می‌کنند. به جای این‌که فقط در وضعیت‌های ۱ و ۰ محدود باشند، آن‌ها می‌توانند به‌عنوان ترکیبی از هر دو وجود داشته باشند. کیوبیت‌ها می‌توانند اطلاعات را در حالت سوپرپوزیشن (وجود همزمان چندین حالت) از ۰ و ۱ ذخیره کنند. همچنین، آن‌ها می‌توانند با یکدیگر در هم تنیده شوند و ترکیب‌های پیچیده‌تری ایجاد کنند؛ به‌طور مثال، دو کیوبیت می‌توانند در حالت‌های ۰۰، ۰۱، ۱۰ و ۱۱ قرار بگیرند.
زمانی که تعدادی کیوبیت را در هم تنیده می‌کنیم، مجموعه‌ای وسیع از حالات ممکن فراهم می‌شود که قدرت محاسباتی فراوانی به ما می‌دهد. این دو ویژگی، به رایانه‌های کوانتومی این امکان را می‌دهد تا برخی مسائل دشوار را بسیار سریع‌تر از رایانه‌های کلاسیک حل کنند.

برخلاف چیپ‌های رایانه کلاسیک که توسط یک صنعت بزرگ و جاافتاده تولید می‌شوند، رایانه کوانتومی به‌عنوان یک سبک جدید از محاسبات شناخته می‌شود. شرکت گوگل کیوبیت‌های خود را به‌طور داخلی با استفاده از مدارهای یکپارچه ابررسانا تولید می‌کند. این شرکت با به‌کارگیری فلزات ابررسانا به روشی نوین، مدارهایی با ویژگی‌های ظرفیت (قدرت ذخیره انرژی در میدان‌های الکتریکی) و القا (قدرت ذخیره انرژی در میدان‌های مغناطیسی)، و همچنین عناصر غیرخطی خاص به نام تقاطع‌های جوزفسون طراحی می‌کند.
با انتخاب دقیق مواد و تنظیم فرآیندهای تولید، گوگل قادر است چیپ‌هایی با کیوبیت‌های با کیفیت بالا بسازد که می‌توانند به‌طور مؤثری کنترل و در دستگاه‌های بزرگ و پیچیده ادغام شوند.

رایانه‌های کوانتومی به شدت حساس هستند. اگرچه آن‌ها قادر به حل مسائلی هستند که رایانه‌های کلاسیک نمی‌توانند به آن‌ها بپردازند، اما تحت تأثیر خطاهای ناشی از "نویز" به شدت آسیب‌پذیرند. این نویز شامل اختلالاتی مانند امواج رادیویی، میدان‌های الکترومغناطیسی، گرما و حتی پرتوهای کیهانی می‌شود.
برای حفظ یکپارچگی فرآیندهای محاسبات کوانتومی، تیم هوش کوانتومی گوگل بسته‌بندی‌های ویژه‌ای طراحی کرده است تا این نویز را کاهش دهد. آن‌ها کیوبیت‌ها را در این بسته‌بندی‌ها قرار می‌دهند تا از اختلالات خارجی محافظت کنند و در عین حال با دنیای بیرون ارتباط برقرار نمایند. این کار نیازمند مهارت‌های مکانیکی و الکترومغناطیسی پیچیده و دقت در انتخاب مواد و تعیین مکان‌های مناسب برای قرار دادن سوراخ‌ها در مدارها است.

کنترل یک رایانه کوانتومی نیازمند ارسال سیگنال‌ها از طریق محیط‌هایی با دماهای بسیار متفاوت است. شرکت گوگل کیوبیت‌ها را با استفاده از سیگنال‌های مایکروویو کنترل می‌کند که از طریق سیم‌های خاصی از دمای اتاق تا دماهای بسیار پایین منتقل می‌شوند. این سیم‌ها به‌گونه‌ای انتخاب شده‌اند که اطمینان حاصل شود سیگنال‌ها به مؤثرترین و دقیق‌ترین شکل ممکن منتقل می‌شوند. همچنین، افزودن عناصری مانند فیلتر در میانه این سیم‌ها، از کیوبیت‌ها در برابر تأثیر نویز خارجی محافظت می‌کند.

عملکرد کیوبیت‌های ابررسانا نیازمند نگهداری آن‌ها در دماهای بسیار پایین‌تر از دماهای محیطی است. برای رسیدن به این شرایط فوق‌سرد و تاریک، به تجهیزاتی خاص به نام یخچال رقیق‌سازی نیاز است. با نگهداری کیوبیت‌ها در یخچال رقیق‌سازی، فلزات ابررسانا به حالت بدون مقاومت خود وارد می‌شوند، حالتی که در آن برق می‌تواند بدون از دست دادن انرژی جریان یابد. این موضوع به گوگل کمک می‌کند تا تأثیرات ناخواسته‌ای مانند نویز حرارتی را کاهش دهد و بدین ترتیب کیوبیت‌های ابررسانای گوگل می‌توانند خواص کوانتومی خود را حفظ کرده و محاسبات پیچیده‌تری انجام دهند.

با معرفی کیوبیت‌های جدید، Willow آخرین گام در تلاش تیم هوش کوانتومی گوگل برای بهره‌برداری از تمام پتانسیل رایانه کوانتومی است. اکنون که با فعالیت‌های آزمایشگاهی گوگل آشنا شده‌اید، می‌توانید نقشه راه رایانه کوانتومی این شرکت را بررسی کنید و ببینید چگونه قصد دارد فناوری کوانتومی را از آزمایشگاه به کاربردهای مفید منتقل نماید.