تراشه Majorana 1 مایکروسافت، انقلابی در کامپیوترهای کوانتومی
تراشه Majorana 1 مایکروسافت؛ انقلابی در کامپیوترهای کوانتومی
مایکروسافت به تازگی از تراشه Majorana 1 رونمایی کرده است؛ محصولی که به عنوان اولین تراشه کوانتومی جهان با معماری نوین Topological Core شناخته می‌شود.
این شرکت پیش‌بینی می‌کند که این فناوری بتواند در چند سال آینده، نه دهه‌ها، به خلق کامپیوترهای کوانتومی منجر شود که قادر به حل مسائل پیچیده در مقیاس صنعتی باشند.
تراشه Majorana 1 مایکروسافت از یک نوآوری برجسته به نام توپوکانداکتور (رسانای توپولوژیک) بهره می‌برد؛ ماده‌ای که برای نخستین بار در جهان امکان مشاهده و مدیریت ذرات مایورانا را فراهم کرده است.
کیوبیت‌های توپولوژیکی، که نخستین بار در سال 1997 توسط الکسی کیتایف و مایکل فریدمن مطرح شدند، راهکاری امیدوارکننده ارائه می‌دهند که در آن اطلاعات کوانتومی به‌گونه‌ای رمزگذاری می‌شود که به‌طور ذاتی در برابر اختلالات محیطی مقاوم باشد.
این محافظت ناشی از ویژگی‌های توپولوژیکی سیستم است که آن را در برابر اغتشاشات محلی مقاوم می‌سازد.
این ذرات به تولید کیوبیت‌هایی پایدارتر و قابل‌توسعه کمک می‌کنند؛ کیوبیت‌هایی که پایه و اساس کامپیوترهای کوانتومی را تشکیل می‌دهند.
مانند اختراع نیمه‌هادی‌ها که به پیدایش گوشی‌های هوشمند و کامپیوترهای امروزی انجامید، توپوکانداکتورها نیز راه را برای توسعه سیستم‌های کوانتومی هموار می‌کنند. مایکروسافت اعلام کرده است که این فناوری می‌تواند تا یک میلیون کیوبیت را در خود جای دهد و چالش‌های بزرگ صنعتی و اجتماعی را برطرف سازد.
چتان نایاک، یکی از مدیران ارشد فنی مایکروسافت، در این باره می‌گوید: «ما تصمیم گرفتیم ترانزیستور عصر کوانتومی را از نو طراحی کنیم و پرسیدیم این ترانزیستور به چه ویژگی‌هایی نیاز دارد؟ این نقطه آغاز ما بود و ترکیبی دقیق از مواد جدید و کیفیت بالای آن‌ها، ما را به خلق یک کیوبیت نوین و معماری منحصربه‌فرد رساند.»
معماری جدید برای آینده‌ای روشن
معماری به‌کاررفته در تراشه Majorana 1 این امکان را فراهم می‌کند که یک میلیون کیوبیت روی یک تراشه کوچک که در کف دست جای می‌گیرد، پیاده‌سازی شود.
این سطح از مقیاس‌پذیری، آستانه‌ای حیاتی برای دستیابی به راه‌حل‌های واقعی و تحول‌آفرین از طریق رایانش کوانتومی است؛ از تجزیه میکروپلاستیک‌ها به موادی بی‌ضرر گرفته تا طراحی مواد خودترمیم برای استفاده در ساخت‌وساز و مراقبت‌های بهداشتی.
به گفته نایاک، «هر فعالیت در حوزه کوانتومی باید مسیری به سوی یک میلیون کیوبیت داشته باشد. بدون این هدف، پیش از رسیدن به مقیاسی که بتوان مسائل اساسی را حل کرد، با محدودیت مواجه خواهیم شد. ما این مسیر را با دقت ترسیم کرده‌ایم.»
توپوکانداکتور، که به عنوان یک ابررسانای توپولوژیک شناخته می‌شود، ماده‌ای است که حالتی کاملاً جدید از ماده را پدید می‌آورد؛ حالتی که نه جامد است، نه مایع و نه گاز، بلکه یک وضعیت توپولوژیک. این ویژگی به خلق کیوبیت‌هایی سریع، کوچک و قابل‌کنترل با سیستم‌های دیجیتال منجر شده است؛ بدون اینکه نیاز به سازش‌های معمول در فناوری‌های کنونی باشد.
دستاورد علمی در خدمت فناوری تراشه Majorana 1
مقاله‌ای که به تازگی در نشریه معتبر Nature منتشر شده، جزئیات چگونگی ایجاد خواص کوانتومی عجیب کیوبیت‌های توپولوژیک و اندازه‌گیری دقیق آن‌ها را شرح می‌دهد؛ گامی ضروری برای کاربردی شدن رایانش کوانتومی.
این موفقیت با طراحی یک ساختار جدید از مواد، شامل آرسنید ایندیوم و آلومینیوم، به دست آمده است که مایکروسافت آن را اتم به اتم ساخته است.
هدف از این کار، ایجاد ذرات مایورانا و بهره‌گیری از ویژگی‌های خاص آن‌ها برای رسیدن به مرحله بعدی رایانش کوانتومی بود. هسته توپولوژیک تراشه Majorana 1 به گونه‌ای طراحی شده که ذاتاً قابل‌اعتماد باشد و با مقاومت در برابر خطا در سطح سخت‌افزار، پایداری بیشتری ارائه دهد.
انتخابی جسورانه با نتایجی درخشان
پیشرفت کنونی، تصمیمی را که مایکروسافت سال‌ها پیش برای دنبال کردن کیوبیت‌های توپولوژیک گرفت، تأیید می‌کند؛ تصمیمی پرخطر اما با پاداشی بزرگ.
اکنون این شرکت توانسته هشت کیوبیت توپولوژیک را روی یک تراشه یعنی تراشه Majorana 1 قرار دهد که برای گسترش به یک میلیون کیوبیت طراحی شده است.
ماتیاس ترویِر، یکی دیگر از مدیران فنی مایکروسافت، اظهار می‌دارد: «از ابتدا هدف ما ساخت یک کامپیوتر کوانتومی با تأثیر تجاری بود، نه صرفاً نوآوری نظری. می‌دانستیم که به یک کیوبیت جدید و توانایی مقیاس‌پذیری نیاز داریم.»
این دیدگاه، توجه آژانس پروژه‌های پژوهشی پیشرفته دفاعی (دارپا) را جلب کرد؛ نهادی که در فناوری‌های تحول‌آفرین برای امنیت ملی سرمایه‌گذاری می‌کند. دارپا مایکروسافت را در یک برنامه دقیق برای ارزیابی فناوری‌های کوانتومی نوین انتخاب کرد تا بررسی کند آیا می‌توان سیستم‌های کوانتومی کاربردی را سریع‌تر از حد انتظار توسعه داد یا خیر. اکنون مایکروسافت یکی از دو شرکتی است که به مرحله نهایی برنامه US2QC دارپا راه یافته؛ برنامه‌ای که هدفش ارائه اولین کامپیوتر کوانتومی مقیاس‌پذیر و مقاوم در برابر خطا به صنعت یعنی تراشه Majorana 1 است.
راه‌حل‌هایی برای چالش‌های بزرگ برای تراشه Majorana 1
مایکروسافت نه تنها روی سخت‌افزار کوانتومی خود کار می‌کند، بلکه با شرکت‌هایی مانند Quantinuum و Atom Computing همکاری‌هایی داشته است تا به پیشرفت‌هایی در حوزه کیوبیت‌های امروزی دست یابد.
سال گذشته، این شرکت از اولین کامپیوتر کوانتومی قابل‌اعتماد صنعت خبر داد.
تراشه Majorana 1 فرصت‌هایی برای توسعه مهارت‌های کوانتومی، ایجاد برنامه‌های ترکیبی و پیشبرد اکتشافات علمی فراهم می‌کنند؛
به‌ویژه هنگامی که با هوش مصنوعی و سیستم‌های کوانتومی پیشرفته‌تر ادغام شوند. هم‌اکنون، Azure Quantum مجموعه‌ای از راه‌حل‌های یکپارچه را در اختیار مشتریان قرار می‌دهد تا از فناوری‌های هوش مصنوعی، رایانش با عملکرد بالا و کوانتومی برای پیشرفت در تحقیقات علمی بهره ببرند.
با این حال، برای رسیدن به مرحله بعدی رایانش کوانتومی، به معماری‌ای نیاز است که بتواند یک میلیون کیوبیت یا بیشتر را پشتیبانی کند و تریلیون‌ها عملیات سریع و مطمئن انجام دهد.
مایکروسافت با معرفی تراشه Majorana 1 اعلام کرده که این هدف اکنون در چند سال آینده قابل‌دستیابی است.
آینده‌ای که با کوانتوم رقم می‌خورد
کامپیوترهای کوانتومی با یک میلیون کیوبیت می‌توانند با استفاده از قوانین مکانیک کوانتومی، رفتار طبیعت را با دقت بی‌نظیری مدل‌سازی کنند؛ از واکنش‌های شیمیایی تا تعاملات مولکولی. این توانایی به حل مسائلی منجر می‌شود که برای کامپیوترهای امروزی غیرممکن است.
برای مثال، تراشه Majorana 1 می‌تواند به درک علل خوردگی و ترک در مواد کمک کند و موادی خودترمیم برای پل‌ها، هواپیماها یا حتی صفحه‌های گوشی بسازد.
همچنین، با طراحی کاتالیزورهایی برای تجزیه میکروپلاستیک‌ها یا کاهش آلودگی کربن، به مسائل زیست‌محیطی پاسخ دهد. در حوزه کشاورزی و بهداشت، محاسبات دقیق رفتار آنزیم‌ها می‌تواند به افزایش بهره‌وری خاک یا رشد پایدار محصولات در شرایط دشوار منجر شود.
مهم‌تر از همه، رایانش کوانتومی به همراه هوش مصنوعی می‌تواند طراحی را متحول کند. کافی است نیاز خود را بیان کنید تا سیستمی بی‌درنگ و بدون نیاز به آزمون و خطا، راه‌حل ارائه دهد. ترویِر می‌گوید: «هر شرکتی می‌تواند محصولات خود را از همان ابتدا به بهترین شکل طراحی کند. این فناوری پاسخ درست را در اختیارتان قرار می‌دهد.»
با مقاله های تکنولوژی در ویتریو، از بروز ترین اخبار مطلع شوید.
لینک های مرتبط در رابطه با این مقاله:
برای مطالعه بیشتر:
- تراشه Microsoft Majorana 1
- مایکروسافت از Majorana 1 رونمایی کرد، اولین پردازنده کوانتومی جهان که با کیوبیت‌های توپولوژیکی کار می‌کند.
- در یک دستاورد تاریخی، Azure Quantum فیزیک پیشتر دستنیافتنی مورد نیاز برای ساخت کیوبیت‌های توپولوژیکی مقیاس‌پذیر را به نمایش گذاشت.
- arXiv: نقشه راهی برای محاسبات کوانتومی مقاوم در برابر خطا با استفاده از آرایههای کیوبیت توپولوژیکی
- مایورانا ۱، توسعه یافته توسط ماکروسافت