دستاورد هاروارد: کامپیوتر کوانتومی ۳۰۰۰ کیوبیتی با عملیات مداوم ۲ ساعته

سیستم کوانتومی هاروارد: مشخصات و نوآوری‌ها

معماری سیستم

• تعداد کیوبیت‌ها: بیش از ۳۰۰۰ کیوبیت (اتم‌های خنثی روبیدیوم در حالت‌های کوانتومی).
• عملیات مداوم: سیستم بیش از ۲ ساعت (۱۲۰ دقیقه) بدون توقف کار می‌کند، در حالی که سیستم‌های قبلی (مانند Caltech با ۶۱۰۰ کیوبیت) تنها ۱۳ ثانیه دوام می‌آوردند.
• جایگزینی اتم‌ها: نرخ جایگزینی ۳۰۰,۰۰۰ اتم در ثانیه، با تولید ۳۰,۰۰۰ کیوبیت جدید در ثانیه بدون اختلال در کیوبیت‌های موجود.
• فناوری کلیدی:
  • نوار نقاله‌های نوری دوگانه: اتم‌ها را از مخزن به منطقه علمی حمل می‌کنند.
  • موچین‌های نوری: اتم‌ها را به کیوبیت تبدیل و در آرایه قرار می‌دهند.
  • حفظ همدوسی: جایگزینی بدون اختلال در حالت کوانتومی (spin-polarized یا superposition) کیوبیت‌های موجود.

میخائیل لوکین، استاد فیزیک هاروارد و نویسنده ارشد: «ما عملیات مداوم با سیستم ۳۰۰۰ کیوبیتی را نشان دادیم، اما این روش برای سیستم‌های بزرگ‌تر نیز کار می‌کند. جایگزینی سریع کیوبیت‌ها مهم‌تر از تعداد آن‌هاست.»

عملکرد

• زمان چرخه: سیستم بیش از ۵۰ میلیون اتم را در ۲ ساعت چرخه کرد، با نرخ از دست‌رفتن 10^{-4} (۰.۰۱%) در هر چرخه.
• کنترل: دستکاری کیوبیت‌ها با میکروویو و ریدبرگ (Rydberg) بدون اختلال، با میدان الکتریکی صفر.

ننگ-چون چیو، نویسنده اول: «ترکیب مقیاس، حفظ اطلاعات کوانتومی، و سرعت بالا ما را متمایز می‌کند.»

چالش‌های حل‌شده: از دست‌رفتن اتم

مشکل سنتی

• از دست‌رفتن اتم: کیوبیت‌ها (اتم‌های خنثی) به دلیل خطاهای عملیاتی یا عمر محدود تله (۶۰ ثانیه) از دست می‌روند، که عملیات را به حالت پالسی محدود می‌کند.
• عواقب: کاهش عمق مدار کوانتومی، دقت ساعت‌های اتمی، و نرخ درهم‌تنیدگی.

نوآوری هاروارد

• جایگزینی مداوم: سیستم اتم‌ها را از مخزن استخراج کرده و بدون اختلال در کیوبیت‌های موجود، جایگزین می‌کند.
• سرعت: ۳۰۰,۰۰۰ اتم در ثانیه، با ۳۰,۰۰۰ کیوبیت جدید در ثانیه.
• همکاری: با QuEra Computing (اسپین‌آف هاروارد-MIT).

پیامدها و کاربردها

برای محاسبات کوانتومی

• مقیاس‌پذیری: امکان سیستم‌های ۱۰,۰۰۰ کیوبیتی با نرخ جایگزینی کافی برای غلبه بر از دست‌رفتن.
• عملیات fault-tolerant: عملیات مداوم برای اصلاح خطای کوانتومی و مدارهای عمیق.
• ساعت‌های اتمی: دقت بالاتر بدون محدودیت زمانی.

برای سنسورها و شبکه‌ها

• سنسورهای کوانتومی: اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر (مانند میدان‌های مغناطیسی).
• شبکه‌های کوانتومی: درهم‌تنیدگی مداوم برای ارتباطات امن.

لوکین: «عملیات مداوم می‌تواند نرخ چرخه‌ها را افزایش دهد و گلوگاه‌های ساعت‌های اتمی و شبکه‌های کوانتومی را برطرف کند.»

سیستم ۳۰۰۰ کیوبیتی هاروارد با عملیات مداوم بیش از ۲ ساعت، دستاورد بزرگی در کوانتومی است. با جایگزینی سریع اتم‌ها و حفظ همدوسی، این فناوری مقیاس‌پذیری را برای کامپیوترهای fault-tolerant و شبکه‌های کوانتومی هموار می‌کند. آی تی پالس، مرجع اخبار کوانتومی، شما را با پیشرفت‌ها همراهی می‌کند.