در سال های اخیر، حوادث مربوط به کامپیوترهای کوانتومی جهانی به طور مکرر در روزنامه ها ظاهر شده است. شرکتهایی مانند آیبیام (ماشینهای تجاری بینالمللی)، گوگل و اینتل با عجله اعلام کردند که تعداد کیوبیتهای بیشتری را تکمیل کردهاند، اما دهها یا حتی تعداد زیادی کیوبیت را تکمیل کردهاند. اگر اتصال کامل وجود نداشته باشد، دقت کافی نیست و اشتباهات را نمی توان اصلاح کرد، محاسبات کوانتومی همه منظوره هنوز به سختی قابل دستیابی است.
در مقابل، شبیه سازی محاسبات کوانتومی می تواند بلافاصله نرم افزار سیستم کوانتومی را بدون تکیه بر اصلاحات کوانتومی پیچیده بسازد. به عنوان هسته یک الگوریتم بهینهسازی قدرتمند برای شبیهسازی محاسبات کوانتومی، راهپیمایی کوانتومی در فضای دو بعدی میتواند وظایف روزانه محاسبات ویژه را با ماتریس زهکشی ضریب جفت متقابل در فضای تکامل کوانتومی مطابقت دهد. هنگامی که سیستم مدیریت تکامل کوانتومی را بتوان به اندازه کافی بزرگ ساخت و بتوان آن را به صورت انعطاف پذیر طراحی کرد، می توان از آن برای تکمیل بسیاری از الگوریتم های بهینه سازی و وظایف محاسباتی استفاده کرد که عملکرد بسیار بهتری نسبت به رایانه های سنتی نشان می دهد.
تراشه کوانتومی چه تفاوتی با تراشه مدار مجتمع فعلی دارد؟
تراشه های کوانتومی محاسبات کوانتومی را انجام می دهند، در حالی که تراشه های مدار مجتمع داده محاسبات داده را انجام می دهند. این دو تراشه متفاوت هستند.
در تراشه مدار مجتمع داده، فرکانس های توان بالا و پایین نشان دهنده 0 و 1 در الگوریتم باینری هستند و از گیت های منطقی متشکل از ترانزیستورها و ترانزیستورهای MOS برای انجام عملیات منطقی استفاده می شود.
برخلاف تراشه های مدار مجتمع، تراشه های کوانتومی باید محاسبات کوانتومی را انجام دهند. دو حالت کوانتومی مختلف |0> و |1> 0 و 1 را در الگوریتم بهینه سازی کوانتومی نشان می دهد. محاسبات کوانتومی انجام شده توسط تراشههای کوانتومی نیز باید دارای گیتهای منطقی کوانتومی نسبی باشند، در مقایسه با طراحی مدار دیجیتال، میتوانند محاسبه حالت برهمنهی و ذخیرهسازی حالت برهم نهی را انجام دهند.
در اینجا، من عمدتاً محاسبه و ذخیره حالت برهم نهی را توضیح خواهم داد.
برای تابع f(x)، باید 100 مقدار x بیاوریم و 100 نتیجه بگیریم. می خواهم بپرسم چند بار باید اندازه گیری شود؟
در محاسبه کلاسیک، پاسخ بسیار ساده است. 100 بار و یک بار با مقدار x می شمارد.
اما در محاسبه تراشه کوانتومی فقط یک بار باید شمارش شود.
از آنجا که در مرحله محاسبه تراشه کوانتومی، ماژول اندازه گیری یک کیوبیت است که از حالت های کوانتومی تشکیل شده است، بنابراین تمام مقادیر x همگی کوانتیزه می شوند و 100 مقدار x را می توان در حالت مخلوط جمع کرد که می تواند یک بار در تراشه کوانتومی اندازه گیری شود. . می توان یک حالت مختلط از 100 نتیجه بدست آورد و سپس از طریق یک اندازه گیری دقیق مشخص، نتیجه ای مطابق با مقدار x بدست آورد.
سپس درک حالت برهم نهی مربوط به ذخیره سازی آسان تر است، 100 مقدار x را می توان به جای 100 ذخیره سازی در یک حالت برای ذخیره سازی مخلوط کرد.
اکنون که تراشه های کوانتومی و تراشه های مدار مجتمع محاسبات کاملاً متفاوتی را انجام می دهند، تفاوت بین اجزای مناسب حتی بیشتر می شود. برتری تراشه کوانتومی به تجمع حالات کوانتومی برای بسیاری از مقادیر اولیه بستگی دارد که کارایی محاسبات را بهبود می بخشد.
کدام یک قوی تر است، تراشه فوتونیک یا تراشه کوانتومی؟
تراشه فوتونیک و تراشه کوانتومی دو تعریف هستند، هیچ تفاوتی بین بالا و پایین وجود ندارد. تراشه فوتونیک از فناوری درخشان مواد نیمه رسانا برای ایجاد نور لیزر مداوم و ترویج سایر اجزای فوتونیک سیلیکون استفاده می کند. تراشه کوانتومی مسیر کوانتومی را روی تراشه سیلیکونی ادغام میکند و در نتیجه نقش مدیریت منابع اطلاعات کوانتومی را بر عهده میگیرد.
تراشه فوتونیک میتواند ویژگیهای نورانی فسفید ایندیم و توانایی کار روترهای نوری سیلیکونی را در یک تراشه هیبریدی ادغام کند. هنگامی که جریان به فسفید ایندیم اضافه می شود، امواج نوری وارد شده به تراشه سیلیکونی مونوکریستالی وارد می شود و در نتیجه پیوسته این نوع لیزر می تواند سایر اجزای فوتونیک سیلیکون را هدایت کند.
این نوع تجهیزات لیزری مبتنی بر ویفرهای سیلیکونی مونوکریستال میتوانند تراشههای فوتونیکی را بیشتر در رایانهها بکار ببرند. انتخاب فناوری تولید مبتنی بر سیلیکون در مقیاس بزرگ می تواند هزینه تراشه های فوتونیک را تا حد زیادی کاهش دهد. شکل گیری تراشه های کوانتومی به توسعه رایانه های کوانتومی نسبت داده می شود. برای تکمیل تجاری سازی و ارتقای ساختار صنعتی، کامپیوترهای کوانتومی باید راه یکپارچه سازی را در پیش بگیرند. نرم افزار سیستم ابررسانا، نرم افزار سیستم نقاط کوانتومی مواد نیمه هادی، نرم افزار سیستم فوتونیک ریزساختار و حتی سیستم های یون اتمی و مثبت همگی می خواهند مسیر تراشه ها را در پیش بگیرند.
از منظر روند توسعه جاده تراشه، سیستم تراشه کوانتومی ابررسانا از نظر فناوری از سایر سیستمهای فیزیک جلوتر است. مواد تراشه نیمه هادی سنتی، یعنی نرم افزار سیستم نقطه کوانتومی نیز هدف کلی تلاش همه برای اکتشاف است. توسعه صنعت مواد تراشه نیمه هادی مدت طولانی است که عالی بوده است. به عنوان مثال، هنگامی که تراشههای کوانتومی مواد نیمهرسانا آستانه محاسبه تراشه کوانتومی مکانیسم تحملپذیر خطا را از نظر زمان ناهمدوسی و دقت دستکاری افزایش دهند، امید است که نتایج موجود در تولید صنعتی تراشههای نیمهرسانای سنتی یکپارچه شود. برای کاهش هزینه های پروژه