خلاصه خبر:
محققان دانشگاه TU Darmstadt با تحقق موفقیت آمیز معماری پردازش کوانتومی حاوی بیش از 1000 کیوبیت اتمی در یک صفحه، به پیشرفت قابل توجهی در محاسبات کوانتومی دست یافته اند. پردازنده‌های کوانتومی مبتنی بر آرایه‌های توییزر (tweezer) در توسعه محاسبات کوانتومی و فناوری‌های شبیه‌سازی با کاربردهای مختلف، از توسعه دارو گرفته تا بهینه‌سازی جریان ترافیک، نویدبخش بوده‌اند. این تیم از روش جدیدی به نام "سوپرشارژ بیت کوانتومی" برای غلبه بر محدودیت های اعمال شده توسط لیزر و بارگذاری 1305 کیوبیت تک اتمی در یک آرایه کوانتومی با 3000 مکان تله استفاده کردند. با استفاده از چندین منبع لیزری به صورت موازی، آنها از مرزهای فناوری قبلی فراتر رفتند. نقطه عطف 1000 کیوبیت اتمی با قابلیت کنترل جداگانه در را به روی کامپیوترهای کوانتومی باز می کند تا کارایی خود را نشان دهند و راه را برای اعداد کیوبیت حتی بزرگتر در آینده هموار می کند.
توضیحات تکمیلی:
محققان دانشگاه TU Darmstadt با تحقق موفقیت آمیز معماری پردازش کوانتومی که حاوی بیش از 1000 کیوبیت اتمی در یک صفحه است، به نقطه عطف قابل توجهی در محاسبات کوانتومی دست یافته اند. این پیشرفت به رهبری پروفسور گرهارد بیرکل و تیمش با ترکیب روش های کوانتومی-اپتیکی با فناوری پیشرفته میکرواپتیکی به دست آمد.
محققان از روشی به نام «سوپرشارژ بیت کوانتومی» برای غلبه بر محدودیت‌های اعمال شده توسط لیزر و افزایش تعداد کیوبیت‌های قابل استفاده استفاده کردند. آنها در مجموع 1305 کیوبیت تک اتمی را در یک آرایه کوانتومی با 3000 مکان تله بارگذاری کردند و ساختارهای هدف بدون نقص را با حداکثر 441 کیوبیت مونتاژ کردند. با استفاده از چندین منبع لیزری به صورت موازی، آنها از مرزهای فناوری قبلی فراتر رفتند.
رسیدن به آستانه 1000 کیوبیت بسیار مهم است زیرا امکان نمایش افزایش بازدهی را که توسط کامپیوترهای کوانتومی در کاربردهای مختلف وعده داده شده است را فراهم می کند. مطالعه ی بیرکل و همکارانش توضیح می‌دهد که چگونه افزایش بیشتر در تعداد منابع لیزر، اعداد کیوبیت 10000 و بالاتر را در سال‌های آینده ممکن می‌سازد.
محققان با تراز کردن چندین آرایه tweezer تولید شده توسط میکرولنز که هر کدام توسط یک منبع لیزر مستقل کار می کنند، به این نقطه عطف دست یافتند. این رویکرد محدودیت های توان لیزر را حذف می کند و تخصیص تعداد بیشتری از کیوبیت ها را امکان پذیر می کند. با انتقال اتم ها بین آرایه ها با کارایی بالا، تعداد کیوبیت ها و کسر پرکننده اولیه (initial filling fraction) در واحد پردازش کوانتومی افزایش یافت. این امر مونتاژ خوشه‌های کیوبیت بزرگتر را با حداکثر 441 کیوبیت تسهیل کرد، در حالی که یک کسر پرکننده تقریباً واحد در چرخه‌های تشخیص چندگانه حفظ شد.
تحقق موفقیت‌آمیز معماری پردازش کوانتومی در مقیاس بزرگ با بیش از 1000 کیوبیت اتمی، فرصت‌های جدیدی را برای کاربردهایی مانند شبیه‌سازی کوانتومی با واسطه حالت Rydberg، محاسبات کوانتومی جهانی مقاوم در برابر خطا، سنجش کوانتومی و مترولوژی کوانتومی باز می‌کند. تحقیقات انجام شده توسط بیرکل و تیمش نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در علم اطلاعات کوانتومی اتم خنثی است که ثبت های کوانتومی بسیار مقیاس پذیر و قابل تنظیم را قادر می سازد.
دستاورد محققان در TU Darmstadt گامی مهم در جهت مقیاس پذیرتر کردن سیستم های کوانتومی است که برای توسعه بیشتر کامپیوترهای کوانتومی و باز کردن پتانسیل کامل آنها ضروری است.
منبع
Lars Pause et al, Supercharged two-dimensional tweezer array with more than 1000 atomic qubits, Optica (2024). DOI: 10.1364/OPTICA.513551
