در یک آزمایش تاریخی، کمپانی Quantinuum، به عنوان کمپانی پیشرو در کامپیوترهای کوانتومی فول‌استک، موفق به ایجاد حالت‌های کوانتومی توپولوژیک با استفاده از آنیون‌های غیرآبلی شد. در این آزمایش، Quantinnum از کامپیوترهای کوانتومی سری H خود بهره جست.
پیش از این، کامپیوتر کوانتومی H1 کمپانی Quantinuum در تحقیقات و آزمایش‌های آکادمیک استفاده می‌شد. این کامپیوتر 10 کیوبیت را شامل می‌شود و قابلیت ارتقا به 20 کیوبیت را نیز دارد. در مقایسه با آن، کامپیوتر کوانتومی جدید H2، که در آزمایش اخیر نقش اصلی را ایفا کرد، پیچیده‌تر از همتای قبلی خود است. این کامپیوتر کوانتومی دارای 32 کیوبیت است. اگرچه تعداد کیوبیت‌ها در آن افزایش نمی‌یابد، اما ظرفیت کوانتومی بالاتری دارد. این ظرفیت معادل 2 به توان 16 یا 65536 است.
موضوع قابل اهمیت این است که با وجود رشد تعداد صنایع و موسسات تحقیقاتی که از سری H استفاده می‌کنند، داده‌های به دست آمده نشان می‌دهند که تغییرات سخت‌افزاری انجام شده، از دقت عملکرد و کارایی مدل H1 کم نکرده است. این موضوع، چالشی کلید در مقیاس‌بندی کامپیوترهای کوانتومی است که در آن با افزایش تعداد کیوبیت‌ها، عملکرد سیستم حفظ شده و کاهش نمی‌یابد. بنابراین نه تنها نرخ خطا در مدارهای کاملا متصل کامپیوتر H2، حتی با افزایش تعداد کیوبیت‌ها، با عملکرد H1 قابل مقایسه است، بلکه در برخی عملیات H2 از H1 کارآمدتر است. از این عملیات می‌توان به گیت خطای تک کیوبیتی، گیت خطای دو کیوبیتی، اندازه‌گیری متقابل و SAMP اشاره کرد.
نکته کلیدی در مهندسی و ساخت نسل دوم کامپیوترهای کوانتومی سری H این است که از منابع فیزیکی مورد نیاز برای هر کیوبیت کاسته شده است. به منظور دستیابی به عملکرد حداکثری از معماری QCCD (Quantum Charge Couple Device)- سریH شرکت Quantinuum بر پایه‌ی این روش ساخته شده - این شرکت نوآوری جدیدی در مجموعه‌ای از پردازنده های کوانتومی را معرفی کرد. این عمل به منظور حذف محدودیت‌های عملکردی در نسل اول بود. بارگذاری یون‌ها، منابع ولتاژ، و اعمال سیگنال‌های رادیویی RF با هدف کنترل و دستکاری یون‌ها از جمله نوآوری‌های جدید این مجموعه هستند.
در مقاله‌ی منتشر شده از عملکرد این نسل، به ظرفیت‌های این سیستم اشاره شده است. این عملکرد مناسب، به همراه پیشرفت‌هایی که در زمینه ایجاد کیوبیت‌های توپولوژیکی به دست آمده، فاز جدیدی از محاسبات کوانتومی را ایجاد می‌کنند. این طراحی جدید بازده محاسباتی بالا و در نتیجه مسیری رشد روشنی را ترسیم می‌کند. هرچند Quantinnum کامپیوتر کوانتومی H2 را با درصد کمی از ظرفیت خود منتشر کرد، این سیستم قابلیت ارتقا به کیوبیت‌ها و گیت‌های بیشتر را دارد.
افزایش عملکرد در طراحی تله جدید
این پردازنده کوانتومی نسل جدید، اولین ارتقا در تله در سری H را دارد. یکی از مهم‌ترین تغییرات در شکل بیضوی جدید تله‌ی یون‌هاست که امکان استفاده‌ی بیشتر از فضا و کنترل سیگنال‌های الکتریکی را می‌دهد.
یکی چالش مهندسی اساسی که در این طراحی جدید مطرح شد، قابلیت حرکت دادن سیگنال‌ها در زیر بالاترین لایه‌ی فلزی تله بود. تیم سخت‌افزاری این پروژه، این عملیات را با استفاده از تونل‌های فرکانس رادیویی (RF) انجام دادند. این تونل‌ها امکان پیاده‌سازی الکترودهای ولتاژ درونی و بیرونی را بدون نیاز به اتصال مستقیم به سطح بالای تله فراهم می‌کنند. این فرایند در ساخت تله‌های کاملا دو بعدی موثر بوده و موجب افزایش سرعت محاسبات در چنین سیستم هایی می‌شود.
تله‌ی جدید همچنین دارای ویژگی پخش ولتاژ است که سیگنال‌های کنترلی را با گره زدن چندین الکترود DC در درون تله به یک سیگنال خارجی مشابه، ذخیره می‌کند. این عمل در محدوده‌ی تسمه‌ی نقاله در هر دو طرف تله و در جایی که یون‌ها تجمع دارند انجام می‌شود و به موجب آن، و تنها با نیاز به سه سیگنال ولتاژ برای 20 چاه موجود در هر طرف تله، بازده الکترود کنترل افزایش می‌یابد.
المان دیگر پراهمیت در مدل H2 تله‌ی اپتیکی مغناطیسی (MOT) است. این تله جایگزین کوره‌ی اتمی پراکنده‌ای (Effusive Atpmic Oven) است که در مدل H1 به کار می‌رود. تله‌ی اپتیکی مغناطیسی زمان شروع مدل H2 را با استفاده از سرمایش طبیعی اتم‌ها، قبل از پرتاب آن‌ها به سمت تله، کاهش می‌دهد. این کار در سیستم‌های بزرگی که از تعداد زیادی کیوبیت بهره می‌جویند، نقش حائز اهمیتی دارد.
نتایج 15 تست معیار که در صنعت نقشی پیشرو دارند:
کمپانی Quantinuum همواره شفافیت را ارج نهاده و دستیافته‌های خود را با داده‌های که در دسترس عموم هستند، پشتیبانی می‌کند. به منظور کمی‌سازی تاثیر بهبود حاصل شده در قسمت‌های سخت‌افزاری و طراحی، شرکت Quantinuum اقدام به انجام 15 تست به جهت اندازه‌گیری عملیات قطعات و برآورد عملکرد سیستم معرفی شده کرد.
تیم سخت‌افزاری مربوطه، چهار تست را در سطح سیستمی انجام دادند. این تست‌ها شامل بررسی مدارهای پیچیده و چندکیوبیتی بودند که تصویر گسترده‌تری از عملکرد سیستم را به دست می‌دهند. این تست‌ها شامل موارد زیر هستند.
- بنچمارک آینه: یک روش مقیاس‌پذیر برای سنجش مدارهای کوانتومی دلخواه تصادفی
- ظرفیت کوانتومی: یک تست معروف کوانتومی با استفاده از ساختاری با تثبیت مناسب. این تست مقایسه کامپیوترهای کوانتومی بر پایه‌ی گیت را ممکن می‌سازد.
- نمونه‌برداری مدار تصادفی: یک عمل محاسباتی است که از توضیع نتایج اندازه‌گیری مدارهای کوانتومی تصادفی، نمونه‌هایی به دست می‌دهد.
- تصدیق درهمتنیدگی در حالت‌های گرین‌برگر- هورن – زایلینگر (GHZ): تست سختی که در آن کوهیرنسی کیوبیت‌ها بررسی می‌شوند. این تست به طور گسترده‌ای برای انواع مختلفی از سخت‌افزارهای کوانتومی انجام و گزارش شده است.
مدل H2 نمایش فوق‌العاده‌ای در هر یک از این تست‌ها داشت، اما نتایج آن در تست GHZ بسیار چشم‌گیر بود. تصدیق حالت‌های درهمتنیده‌ی GHZ نیازمند وفاداری بسیاری است که دستیابی به آن با افزایش تعداد کیوبیت‌ها سخت می‌شود.
با استفاده از 32 کیوبیت به کار رفته در مدل H2 و همچنین کنترل محیط در تله‌ی یون‌ها، محققان Quantinuum قادر به دستیابی یه یک حالت درهمتنیده‌ی 32 کیوبیتی شدند که وفاداری آن حدود 82 درصد بوده و به عنوان یک رکورد جهانی محسوب می‌شود.
به علاوه‌ی تست‌های سیستمی انجام شده، گروه سخت‌افزاری Quantinuum تست‌های زیر را نیز به قصد محک قطعات انجام دادند.
- آزمایش SPAM
- بنچمارک تصادفی گیت‌های تک کیوبیتی
- بنچمارک تصادفی گیت‌های دو کیوبیتی
- بنچمارک تصادفی RB برای گیت دو کیوبیتی SU
- بنچمارک تصادفی گیت‌های پارامتری دو کیوبیتی
- بنچمارک متقابل اندازه‌گیری و تنظیم مجدد
- بنچمارک تصادفی انتقال در‌هم‌آمیخته (Interleaved Transport)
همچنین از سایر تست‌هایی که عملکرد این مدل را بررسی می‌کنند، می‌توان به عناوین زیر اشاره کرد.
- شبیه‌سازی هامیلتونی
- الگوریتم بهینه‌سازی تقریب کوانتومی
- تصحیح خطا: کد های تکرار
- شبیه‌سازی دینامیک کوانتومی هولوگرافیک
منبع : لینک مقاله
