Kubîtên fluksonyûm û girêdayîbûna wan ya bi kompîterên quantumî ve

Ayşenûr Ozel

Kompîterên quantumî taybetmendiyên fîzîka quantumî bi kar tînin, ji bo agahiyan hildin û hesaban bikin. Ev dikarin ji bo hin karan bikêrhatî bin û ji superkompîterên me yên herî çêtîr jî pêşdetir bin.

Kompîterên klasîk ên tê de têlefon û laptop di nav de ne, agahdariya di "bits"ên bînarî (binary) de kod dikin da bikarin bibin 0 an 1. Di kompîtereke quantumî de yekeya bingehîn a hafizayê bît an kubîteke quantum e. Di pergala kubîtan de spîna elektronan û rewşa superpozîsyonê hene. Wekî mînak ji bo kompîtereke klasîk heşt bît bes in ku hejmareke di navbera 0 û 255an de temsîl bike lê heşt kubît bes in ji bo kompîterek quantumî her hejmarek di navbera 0 û 255an de di heman demê de temsîl bike. Çend sed kubîtên tevlîhev têr dikin, ji hejmara atomên li gerdûnê zêdetir hejmaran temsîl bikin.

Li vir kompîterên quantumî li hember yên klasîk pêşiyê digirin. Îhtimala gelek rewşan hebe kompîterên quantumî dikarin wan bihevdemî binirxînin. Nimûne hewl didin, faktorên sereke yên hejmareke pir mezin an rêya herî çêtîr di navbera du cihan de bibînin. Lê belê di heman demê de dibe gelek rewş jî hebin, kompîterên klasîk hîn jî ji yên kuantumî çêtir bikin. Ji ber vê yekê kompîterên siberojê dibe tevliheviya van her du celeban bin. Heya niha kompîterên quantumî pir hesas in: germ, qadên elektromagnetîk û lihevhatina bi molekulên hewayê re dibe sedem kubît taybetmendiyên xwe yên quantumî winda bike. Ev pêvajo wekî dekoherensa quantumî tê zanîn, dibe sedema têkçûna pergalê û her çi qasî pirtikên tê de zêde dibin zûtir diqewime.

Di pêşerojê de, dibe kompîterên quantumî bikaribin pirsgirêkên ji bo superkomputerên herî bihêz ên îroyîn ên pir tevlihev çareser bikin. Ji bo pêkanîna vê yekê guhertoyên quantumî yên kodên rastkirina xeletiyê divê bikaribin xeletiyên hesabkirinê ji wan zûtir hesab bikin. Lê belê kompîterên quantumî yên îroyîn hê ne ew qasî bihêz in, di pîvanên têkildar ên bazirganî de rastkirina xeletiyeke wisa pêk bînin. Li ser riya derbaskirina vê rêgiriyê, lêkolînerên MITê mîmariya kubîtê ya superkonduksîyon (superconducting) nû nîşan kirin, dikare di navbera kubîtan de ( blokên avakirina komputereke quantumî) - bi rastiyeke pir mezin ji ya zanistvanan berê dikaribûn bi dest bixin, nîşan dan. Ew celebeke nisbeten nû ya kubîtê superkonduksîyon bi kar tînin ya bi navê fluxonium tê zanîn, dikare temenê wê ji kubîtên superkonduksîyon bi gelemperî tên bikaranîn pir dirêjtir be.

Mîmariya wan di navbera du kubîtên fluksonyûm (fluxonsium) de hêmaneke pevgirêdanê ya taybet vedihewîne, ji wan re dibe alîkar bi rengekî pir rast operasyonên mantiqî yên wekî dergeh tên zanîn, pêk bînin. Ew celebeke danûstendina paşerojê ya nayê xwestin, dikare xeletiyan têxe nav operasyonên quantumî bitepisîne. Vê nêzîkatiyê deriyên du-kubît yên ji sedî 99,9 rastbûn û deriyên yek-kubît bi rastbûna ji sedî 99,99 derbasbûyî çalak kir. Wekî din lêkolîneran ev mîmarî li ser çîpeke bi bikaranîna pêvajoyeke çêkirinê ya berfireh pêk anîn.
Leon Ding Ph dibêje: "Avakirina kompîturek quantumî ya mezin bi kubît û dergehên bihêz dest pê dike. Me pergaleke du-kubitî ya pir hêvîdar nîşan da û ji bo pîvandinê gelek avantajên wê diyar kir. Gava me ya pêş ew e, em hejmara kubîtan zêde bikin." D. '23, ku di koma Endezyariya Quantum Systems (EQuS) de xwendekarek mezûn a fîzîkê bû û nivîskarê sereke yê gotarê li ser vê mîmariyê ye.

Ding gotar bi Max Hays, Youngkyu Sung Ph.D. '22, Bharath Kannan Ph.D. '22, niha CEO ya Atlantic Quantum e Kyle Serniak, karmendekî zanyar û pêşengê tîmê li Laboratoriya MIT Lincoln û nivîskarê payebilind William D. Oliver, Henry Ellis Warren profesorê endezyariya elektrîkê û zanistiya kompîterê û fîzîkê, rêvebirê Navenda Endezyariya Quantumê, serokê EQuS, û rêvebirê hevkarê Laboratoriya Lêkolînê ya Elektronîkê; û her weha yên din li MIT û MIT Lincoln Laboratory nivîsîye. Lêkolîn di Physical Review X de hatiye weşandin.

Di kompîtereke klasîk de, dergeh operasyonên mantiqî ne, li ser bît (zincîrek ji 1 û 0an) tên kirin, hesabê dikin. Em deriyên di komputera kuantûmê de dikarin bi heman rengî bifikirin: Deriyê kubîtekê karekî mentiqî ye li ser qubitekê lê deriyê du kubîtan, karekî bi halên du kubitan ve girêdayî ye. Di pratîkê de, mirov kodên sererastkirina xeletiyan bi kar bîne da ku bigihîje rêjeyên xeletiyên wiha kêm. Lê belê "barekî pêbaweriyê" heye, divê operasyon ji wan derbas bibin da ku van kodan bi cîh bikin.

Zêdetirî deh salan e, lêkolîner di hewildanên xwe yên ji bo avakirina kompîterên quantumî de di serî de kubîtên transmon bi kar tînin. Cureyeke din a kubîtê superkonduksîyon a wekî kubîtê fluksonyûm (fluxonium) tê zanîn, di van demên dawî de derketiye. Ji kubîtên fluksonyûmê ji kubîtên transmonê xwedî temenê dirêjtir, an demên hevrêziyê hatine nîşankirin. "Çiqas kubîtek dirêjtir bijî, operasyonên wê meyla pêşvebirinê dike ew qas dilsoziya bilindtir e. Ev her du hejmar bi hev ve girêdayî ne lê kubîtên fluksonyûm çi qasî performanseke baş bi me nîşan bidin jî gelo em bikaribin rêyên derbasiyê çêbikin an na ne diyar e" dibêje.

Kubîtên fluksonyûm bi hevkariya MIT Lincoln Laboratory (MIT-LL) a di sêwirandin û çêkirina teknolojiyên kubîtên yên superkondûktor ên berfireh de pispor e, hatine pêşvexistin. Bi xebata wan pêşdaçûyîna li ser kompîterên quantumî bileztir bibe.