ساخت اولین رایانه کوانتومی “کاربردی” جهان

 

یک جرعه ازجهان دانش

[ گزارش ازپژوهش های تازه ]  بهارسادات موسوی

دولت استرالیا در حال سرمایه‌گذاری بر روی استارتاپ سای‌کوانتوم(PsiQuantum) است تا صنعت رایانه‌های کوانتومی را به کشور خود بیاورد و در رقابت فناوری شکست نخورد. این کشور قصد دارد اولین رایانه کوانتومی تجاری جهان که کاربردی نیز هست را بسازد.

دولت فدرال استرالیا و دولت ایالتی کوئینزلند نزدیک به یک میلیارد دلار استرالیا(۶۰۰ میلیون دلار آمریکا) در استارتاپ محاسبات کوانتومی سای‌کوانتوم(PsiQuantum) برای ساخت اولین رایانه کوانتومی تجاری «کاربردی» جهان سرمایه‌گذاری کرده‌اند.

به نقل از آی‌ای، به عنوان بخشی از این معامله، شرکت سای‌کوانتوم(PsiQuantum) مستقر در سیلیکون ولی پایگاه خود را به بریزبن منتقل خواهد کرد.

محاسبات کوانتومی که به عنوان مرز بعدی محاسبات در نظر گرفته می‌شوند، تاکنون عمدتا یک شرط بندی خصوصی بوده است و غول‌های فناوری مانند گوگل، آی‌بی‌ام و مایکروسافت میلیاردها دلار برای توسعه این فناوری سرمایه‌گذاری کرده‌اند.

سای‌کوانتوم که توسط محققان استرالیایی جرمی اوبرین(Jeremy O’Brien) و تری رادولف(Terry Rudolph) تأسیس شد، در سال ۲۰۱۵ به عنوان یک شرکت وارد سیلیکون ولی شد.

استرالیا می‌خواهد اطمینان حاصل کند که فناوری محاسبات کوانتومی در مرزهای آن باقی می‌ماند. بنابراین، دولت این کشور در حال سرمایه گذاری در استارتاپی است که می‌خواهد یک رایانه کوانتومی مفید بسازد.

اگرچه شرکت‌هایی که در ساخت رایانه‌های کوانتومی فعالیت می‌کنند وعده می دهند که نسل بعدی رایانه‌ها به سرعت مشکلات را حل می‌کنند، تلاش‌های اولیه آن ها برای نشان دادن عملکرد آن دسته از رایانه‌ها ، کاملا با مشکلات دنیای واقعی فاصله دارد.

کتی فولی(Cathy Foley)، دانشمند ارشد استرالیا می‌گوید که رایانه‌های کوانتومی به زودی بخشی از زندگی روزمره ما خواهند شد و انقلابی در نحوه حل مشکلات ما مانند یافتن مسیرهای حمل و نقل، سازماندهی بنادر، یا مدیریت تدارکات برای المپیک برنامه‌ریزی شده برای بریزبن در سال ۲۰۳۲ ایجاد خواهند کرد.

سای‌کوانتوم می‌گوید که اولین رایانه کوانتومی «عیب‌تاب» را خواهد ساخت که برخلاف سایر رایانه‌های کوانتومی که امروزه ساخته می‌شوند، بدون خطا باشد. این امر رایانه‌های کوانتومی را برای کاربردهای تحقیقاتی دفاعی و صنعتی کارآمد خواهد کرد.

صنعت محاسبات کوانتومی بر کاهش خطا تمرکز دارد و قصدآن دستیابی به این هدف با ساخت رایانه‌های کوانتومی با کیوبیت‌های فیزیکی بیشتر است.

رویکرد سای‌کوانتوم نیز مشابه است، اما به جای استفاده از ابررساناها برای ساخت رایانه کوانتومی خود، این شرکت از رویکردی مبتنی بر همجوشی استفاده می‌کند که در آن فوتون‌ها به عنوان کیوبیت عمل می‌کنند و بر روی تراشه‌های نیمه‌رسانا پردازش می‌شوند، دقیقا مشابه رایانه‌های امروزی.
اولین رایانه کوانتومی این شرکت در مقیاس کاربردی قرار است یک میلیون کیوبیت فیزیکی داشته باشد و با استفاده از خنک کننده برودتی کار کند.

تری رادولف، یکی از بنیانگذاران سای‌کوانتوم، می‌گوید که محققان کوئینزلند به مدت ۲۵ سال بر روی شکستن فیزیک محاسبات کوانتومی کار می‌کردند. اما تنها در دهه گذشته بود که این مشکلات قابل حل شدند. حتی اگر تمام سیلیکون موجود در منظومه شمسی را به یک رایانه کلاسیک تبدیل کنیم، هرگز نمی‌توانیم بسیاری از مشکلات را حل کنیم. اما با یک رایانه کوانتومی، مراحل مورد نیاز برای حل مشکل بسیار کمتر خواهد بود.

پروفسور جرمی اوبرین، مدیر عامل سای‌کوانتوم نیز می‌گوید: یک رایانه کوانتومی در مقیاس کاربردی، فرصتی برای ایجاد یک پایه جدید و عملی از زیرساخت محاسباتی است و آغازگر انقلاب صنعتی بعدی خواهد بود. این پلتفرم به حل مشکلات غیرممکن امروزی کمک خواهد کرد و به عنوان ابزاری برای طراحی راه‌حل‌هایی که ما به شدت به آن نیاز داریم تا از آینده خود محافظت کنیم، عمل خواهد کرد.

ساخت تراشه‌های نامیرا برای حفظ اطلاعات

محققان چینی ماده جدیدی ساخته‌اند که می‌تواند تراشه‌های ذخیره‌سازی حافظه با طول عمر تقریبا بی‌نهایت تولید کند. این کشف که با استفاده از نوع جدیدی از مواد فروالکتریک ساخته شده است، می‌تواند راه را برای کاهش هزینه مراکز داده، اکتشافات اعماق دریا و صنعت هوافضا باز کند.

به نقل از آی‌ای، در حال حاضر، اغلب از مواد فروالکتریک برای تولید تراشه برای اهداف ذخیره‌سازی و سنجش استفاده می‌شود. این مواد برای هوش مصنوعی و سایر حوزه‌ها با فناوری پیشرفته که تحت تأثیر تحریم‌های آمریکا قرار گرفته‌اند، حیاتی هستند.

مواد فروالکتریک به دلیل مصرف انرژی کم، خوانش بدون تلفات و قابلیت نوشتن سریع برای ایجاد تراشه‌های ذخیره سازی عالی هستند. این مواد می‌توانند به سرعت تحت یک میدان الکتریکی که به عنوان قطبش شناخته می‌شود و حتی پس از حذف میدان نیز پایدار می‌ماند، تغییر حالت دهند. این رفتار را می‌توان به نوعی حافظه سریع دائمی تشبیه کرد.

برای این منظور، مواد فروالکتریک در حال حاضر در فناوری ذخیره‌سازی، حسگرها و دستگاه‌های جمع‌آوری انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، آن ها همچنین این پتانسیل را دارند که در ساخت سرورهای ذخیره سازی یا پشتیبانی از مراکز داده بزرگ در آینده استفاده شوند.

مواد فروالکتریک سنتی که به طور گسترده به صورت تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند سرب زیرکونات تیتانات(PZT)، ممکن است در حین استفاده دچار خستگی فروالکتریک شوند.این منجر به کاهش عملکرد و در نهایت شکست می‌شود. هدف تیم چینی این بود که با تقویت ساختار مواد به این مشکل رسیدگی کنند.

هی ری(He Ri)، دانشیار و نویسنده اول این مطالعه، توضیح داد: وقتی بار الکتریکی در طول فرآیندهای ذخیره سازی و خوانش جریان پیدا می‌کند، نقص‌ها حرکت می‌کنند و جمع می‌شوند، در نهایت فرآیند قطبش را مسدود می‌کنند و منجر به خرابی دستگاه می‌شوند.
او افزود: این مانند امواجی است که سنگ‌های کوچک را در دریا جمع می‌کند و به تدریج صخره بزرگی را تشکیل می‌دهد که جریان امواج را مسدود می‌کند.مشخص شد که این مشکل با ساخت مواد فروالکتریک در لایه‌ها قابل حل است. با استفاده از شبیه‌سازی‌های سطح اتمی به کمک هوش مصنوعی، محققان کشف کردند که مواد فروالکتریک لغزشی دوبعدی، وقتی تحت میدان الکتریکی قرار می‌گیرند، به طور کلی در طول انتقال بار تغییر می‌کنند. این امر از حرکت و تجمع عیوب باردار و در نتیجه از خستگی جلوگیری می‌کند.

این گروه یک ماده لایه‌ای دوبعدی به ضخامت نانومتری موسوم به ۳R-MoS۲ ساختند. یک نانومتر تقریبا ۱۰۰ هزار برابر کوچک‌تر از قطر موی انسان است.

آزمایش‌ها نشان داد که ۳R — MoS۲ پس از میلیون‌ها چرخه، کاهش عملکرد صفر را نشان می‌دهد، که به این معناست که دستگاه‌های ذخیره‌سازی ساخته شده از این ماده فروالکتریک دوبعدی هیچ محدودیتی برای خواندن/نوشتن ندارند. این گزارش همچنین بیان کرد که در حالی که مواد فروالکتریک سنتی از نوع یونی، ده‌ها هزار چرخه خواندن/نوشتن را امکان‌پذیر می‌کنند، دستگاه‌های ذخیره‌سازی ساخته شده از مواد فروالکتریک لایه‌ای دوبعدی جدید چنین محدودیتی ندارند. بدون محدودیت خواندن/نوشتن، تراشه‌های ذخیره‌سازی ساخته شده از این ماده بسیار بادوام خواهند بود. به گفته دانشمندان، این امر آن ها را برای استفاده در محیط‌های سخت مانند هوا فضا و اکتشافات در اعماق دریا ایده‌آل می‌کند و با توجه به اندازه کوچک مواد، ظرفیت ذخیره‌سازی در برنامه‌های کاربردی در مقیاس بزرگ مانند مراکز داده بسیار افزایش می‌یابد.

کشف اجرام کوچک قرمز رنگ مرموز در فضا
یک تیم بین المللی از اخترفیزیکدانان و ستاره شناسان اجرام مرموز و فوق العاده درخشان را در جهان دور شناسایی کرده اند.
دانشمندان اجرام کوچک قرمز رنگ مرموزی را در فضا شناسایی کرده اند که در جهان اولیه وجود دارند و نمی‌توان آن ها را با درک ما از چگونگی تولد کهکشان‌ها و سیاهچاله‌ها توضیح داد.

دانشمندان سه مورد از این اجرام اسرارآمیز را کشف کردند که درخشندگی آن ها زمانی به ما رسیده که کیهان تنها ۶۰۰ تا ۸۰۰ میلیون سال سن داشت یا حدود ۵ درصد از سن کنونی خود را داشته است.

به نظر می‌رسد این اجرام مملو از ستاره‌های باستانی و سیاه‌چاله‌های غافلگیرکننده‌ای هستند که تصور می‌شد هیچ یک از آن ها در چنین مراحل اولیه‌ای در کیهان نمی‌توانستند شکل بگیرند.

دانشمندان پس از تحقیق در مورد شدت طول موج‌های مختلف نور به این کشف دست یافتند.

به نظر می‌رسد که آن ها ستاره‌های بسیار قدیمی و صد‌ها میلیون ساله هستند، اما نمی‌توان چنین انتظاری را در اوایل تکامل کیهان داشت.

آن ها همچنین شواهدی از سیاهچاله‌های کلان جرم را در همان اجرام کشف کردند. آن ها پیشنهاد می‌کنند که ممکن است تا ۱۰۰۰ برابر بزرگتر از سیاهچاله کلان جرم در کهکشان راه شیری ما باشد.

با توجه به درک فعلی از رشد کهکشان‌ها و تشکیل سیاهچاله نباید چنین اجرامی را مشاهده کرد. اعتقاد بر این است که رشد این اجسام میلیارد‌ها سال طول می‌کشد.

بینگی وانگ از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، نویسنده اصلی این مطالعه گفت: ما تأکید کرده‌ایم که به نظر می‌رسد این ستاره‌ها پر از ستاره‌های باستانی هستند که صد‌ها میلیون سال قدمت دارند، در جهانی که تنها ۶۰۰ تا ۸۰۰ میلیون سال سن دارد. این اجرام رکورد قدیمی‌ترین نشانه‌های نور ستارگان باستانی را دارند. او ادامه داد: پیدا کردن ستارگان باستانی در یک جهان به این جوانی کاملاً غیرمنتظره بود.

دانشمندان برای اولین بار این اشیاء را تقریباً دو سال پیش، در ژوئیه ۲۰۲۲ کشف کردند. مدتی بعد، آن ها یک مقاله تحقیقاتی در مجله Nature منتشر کردند که وجود این اجرام را تأیید کرد. آن ها سپس فکر کردند که این اجرام کهکشان هستند، اما تحقیقات بیشتر جزئیات بیشتری در مورد نور ساطع شده از آنها ارائه کرد و توضیح داد که آنها چقدر دور هستند و این نور درخشان ممکن است از کجا آمده باشد.

اما این جزئیات اضافی سوالات بیشتری را ایجاد می‌کند. دانشمندان هرگز چنین چیز‌هایی را ندیده اند و نمی‌دانند چگونه ظاهر می‌شوند.

دانشمندان امیدوارند از طریق مشاهدات بیشتر، اشیاء را بهتر درک کنند. این به توضیح این که کدام بخش‌های نور از خود ستاره‌ها می‌آیند و زمانی که سیاه‌چاله‌ها مواد اطراف خود را می‌بلعند، ممکن است کدام بخش‌ها را بیرون بریزند، کمک می‌کند.