دانشمندان برای نخستین‌بار پردازنده‌های کوانتومی را به یکدیگر متصل کردند

دانشمندان با استفاده از پیوندهای فوتونی، موفق به انتقال کوانتومی گیت‌های منطقی بین ماژول‌ها شدند و در نتیجه، این پردازنده‌ها را به هم متصل کردند. این روش توزیع‌شده شباهت زیادی به عملکرد ابررایانه‌ها دارد و یک سیستم انعطاف‌پذیر و قابل ارتقا را ارائه می‌دهد.
 
در گامی مهم برای تحقق رایانش کوانتومی در مقیاس وسیع، فیزیکدانان دانشگاه آکسفورد برای اولین بار رایانش کوانتومی توزیع‌شده را به نمایش گذاشته‌اند. آن‌ها با اتصال دو پردازندهٔ کوانتومی مستقل از طریق یک رابط شبکهٔ فوتونی، عملاً یک رایانهٔ کوانتومی کاملاً یکپارچه ایجاد کرده‌اند.

این دستاورد، راه را برای حل مسائل پیچیده‌ای که پیش‌تر غیرقابل حل بودند، هموار می‌کند. نتایج این پژوهش در تاریخ ۵ فوریه در مجلهٔ Nature منتشر شد.

گفتنی است یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های رایانش کوانتومی، مقیاس‌پذیری است. رویکرد جدید، پردازنده‌های کوانتومی کوچک‌تر را به هم متصل کرده و آن‌ها را قادر می‌سازد تا وظایف محاسباتی را در یک شبکه به اشتراک بگذارند.

از نظر تئوری، هیچ محدودیتی برای تعداد پردازنده‌هایی که می‌توانند به یکدیگر متصل شوند وجود ندارد، که این امر یک راهکار بسیار مقیاس‌پذیر را ارائه می‌دهد.
 
معماری این سیستم مقیاس‌پذیر بر اساس ماژول‌هایی طراحی شده است که هر یک شامل تعداد کمی کیوبیت‌های یونی به دام افتاده هستند. این ماژول‌ها از طریق فیبرهای نوری به یکدیگر متصل شده‌اند و برای انتقال داده‌ها، از نور (فوتون‌ها) به جای سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌کنند.

این پیوندهای فوتونی امکان درهم‌تنیدگی کیوبیت‌های موجود در ماژول‌های جداگانه را فراهم کرده و به آن‌ها اجازه می‌دهد تا از طریق انتقال کوانتومی، منطق کوانتومی را در سراسر ماژول‌ها اجرا کنند.
 
اگرچه پیش‌تر، انتقال کوانتومی حالات کوانتومی انجام شده بود، اما این مطالعه، نخستین نمایش موفق انتقال کوانتومی گیت‌های منطقی (اجزای اساسی یک الگوریتم) در یک شبکهٔ پیوندی است.

پژوهشگران معتقدند که این روش می‌تواند پایه‌گذار «اینترنت کوانتومی» آینده باشد، جایی که پردازنده‌های دوردست بتوانند یک شبکهٔ فوق‌العاده ایمن برای ارتباطات، محاسبات و حسگرها تشکیل دهند.
 
رهبر این مطالعه، دوگال مِین از دانشگاه آکسفورد می‌گوید: «نمایش‌های پیشین انتقال کوانتومی عمدتاً بر انتقال حالات کوانتومی بین سیستم‌های فیزیکی جداگانه تمرکز داشتند. در مطالعهٔ ما، از انتقال کوانتومی برای ایجاد تعامل بین این سیستم‌های دور از هم استفاده شده است. با تنظیم دقیق این تعاملات، می‌توانیم گیت‌های منطقی کوانتومی – که عملیات اصلی رایانش کوانتومی هستند – را بین کیوبیت‌های مستقر در پردازنده‌های کوانتومی مجزا اجرا کنیم. این پیشرفت، به ما امکان می‌دهد تا پردازنده‌های کوانتومی مجزا را به‌طور مؤثر به یک رایانهٔ کوانتومی کاملاً متصل تبدیل کنیم.»

دوگال مِین و بث نیکول روی کامپیوتر کوانتومی توزیع شده کار می‌کنند.

این مفهوم مشابه عملکرد ابررایانه‌های سنتی است، که از ترکیب چندین رایانهٔ کوچک‌تر برای دستیابی به توان محاسباتی فراتر از هر واحد مجزا استفاده می‌کنند.

این استراتژی، بسیاری از موانع مهندسی مرتبط با افزایش تعداد کیوبیت‌ها در یک دستگاه واحد را دور می‌زند، در حالی که خواص کوانتومی حساس مورد نیاز برای محاسبات دقیق و پایدار را حفظ می‌کند.
 
دوگال مِین اضافه کرد: «با متصل کردن ماژول‌ها از طریق پیوندهای فوتونی، این سیستم انعطاف‌پذیری ارزشمندی به دست می‌آورد و این امکان را فراهم می‌کند که ماژول‌ها بدون ایجاد اختلال در کل معماری، ارتقا یا جایگزین شوند.»
 
محققان برای اثبات کارایی این روش، الگوریتم جستجوی گروور را اجرا کردند. این روش کوانتومی، می‌تواند یک آیتم خاص را در مجموعهٔ بزرگی از داده‌های غیرساخت‌یافته، بسیار سریع‌تر از رایانه‌های معمولی بیابد.

گفتنی است این فرآیند با استفاده از پدیده‌های کوانتومی مانند برهم‌نهی و درهم‌تنیدگی، امکان بررسی هم‌زمان گزینه‌های متعدد را فراهم می‌کند.