آیا روزی لپ‌تاپ‌های کوانتومی خواهیم داشت؟

انتخاب انواع مختلف کیوبیت

اما برای اینکه کامپیوترهای کوانتومی واقعاً کوچک شوند، ممکن است نیاز باشد روی نوع دیگری از کیوبیت تمرکز کنند که در حال حاضر محبوب نیست. برخی از پیشرفته‌ترین کامپیوترهای کوانتومی امروزه – مانند آن‌هایی که توسط IBM و گوگل ساخته شده‌اند – به واحدهای پردازش کوانتومی پر از کیوبیت‌های ابررسانا متکی هستند. اما اولین لپ‌تاپ کوانتومی احتمالاً از این فناوری استفاده نخواهد کرد.

دلیل این امر این است که، به طور طبیعی، کیوبیت‌های ابررسانا باید به کسری بالاتر از صفر مطلق – حدود ۲۰ میلی‌کلوین – سرد شوند و این نیاز به پر کردن یک اتاق با یخچال‌های رقیق‌سازی دارد. و شرکت‌هایی مانند IBM سعی نمی‌کنند این محدودیت اندازه را دور بزنند. به عنوان مثال، نقشه راه فعلی محاسبات کوانتومی IBM اهدافی را تعیین می‌کند که شامل یک کامپیوتر کوانتومی ۲۰۰۰ کیوبیتی تا سال ۲۰۳۳ است – که بسیاری از اتاق‌ها را به جای یک اتاق پر می‌کند.

لپ‌تاپ‌های کوانتومی ممکن است در عوض به کیوبیت‌های یون تله شده متکی باشند، ذرات باردار که در چندین حالت همزمان وجود دارند و با استفاده از میدان‌های الکترومغناطیسی معلق هستند، همانطور که بارتلت و گلی توضیح دادند. اگرچه سیستم‌های یون تله شده در دمای اتاق کار می‌کنند و به یخچال‌های بزرگ متکی نیستند، اما لیزرهایی که آن‌ها استفاده می‌کنند غول‌پیکر هستند.

گلی گفت: “در حال حاضر، سیستم لیزری ما تقریباً یک متر مکعب [۳۵ فوت مکعب] را اشغال می‌کند. اگر فرض کنیم که تله‌های یونی آینده هستند، پس نیاز داریم که لیزرها کوچک‌تر شوند.”

و لیزرها نه تنها باید کوچک‌تر شوند، بلکه باید پیشرفته‌تر نیز شوند. سیستم‌های فعلی برای محدود کردن ۱۰۰ یون تنظیم شده‌اند. گلی گفت: “تعداد کیوبیت‌هایی که می‌توانید با این حجم از تجهیزات لیزری کنترل کنید مشخص نیست. می‌توانید کیوبیت‌های بیشتری را نسبت به امروز کنترل کنید، اما مطمئناً میلیون‌ها کیوبیت یک کامپیوتر کوانتومی کاملاً توسعه‌یافته را کنترل نمی‌کنید.”

با این حال، دو پیشرفت اخیر می‌تواند به کوچک‌سازی کمک کند. اول، QCCDهای آینده می‌توانند با افزایش چگالی کیوبیت‌ها به کوچک‌سازی کمک کنند. دوم، در ماه ژوئیه، محققان استنفورد لیزرهای تیتانیوم-یاقوت کبودی ایجاد کردند که ۱۰،۰۰۰ برابر کوچکتر از لیزرهایی هستند که جایگزین آن‌ها می‌شوند.

تلاش‌های کوچک‌سازی افزایش خواهد یافت

در حال حاضر، دانشمندان بر روی ساخت کامپیوترهای کوانتومی قدرتمندتر متمرکز هستند، نه بر روی کوچک کردن آن‌ها. بارتلت گفت: “در حال حاضر، انگیزه برای کوچک‌سازی به اندازه انگیزه برای عملکرد قوی نیست و این شبیه به روزهای اولیه کامپیوترهای معمولی است که ما مین‌فریم داشتیم. مردم فکر می‌کردند قدرتمندترین کامپیوترها یک ساختمان را اشغال می‌کنند. و می‌دانید، چرا کسی باید به طور جدی در نظر بگیرد که یکی از آن‌ها را در کوله پشتی خود حمل کند؟”

تاریخچه کامپیوترها نشان می‌دهد که کامپیوترهای کوانتومی ابتدا برای کاربردهای صنعتی، نظامی و دولتی عرضه خواهند شد و سپس به سمت مصرف‌کنندگان تغییر خواهند کرد. نقل قول مشهور ۱۹۴۳ توماس واتسون ارشد که می‌گفت “بازار جهانی برای شاید پنج کامپیوتر” وجود خواهد داشت، به ذهن می‌آید.

البته، بازار جهانی برای رایانه‌های شخصی و لپ‌تاپ‌ها بسیار زیاد است، بنابراین آیا ممکن است انفجار مشابهی در تقاضا برای رایانه‌های شخصی و لپ‌تاپ‌های کوانتومی وجود داشته باشد؟ بارتلت گفت: “سؤالی که همیشه در کلاس‌های محاسبات کوانتومی خود می‌پرسم این است که، می‌دانید، ‘چه زمانی می‌توانم Doom را روی یک کامپیوتر کوانتومی بازی کنم؟’ اما چرا می‌خواهید این کار را انجام دهید وقتی می‌توانید Doom را کاملاً خوب روی کامپیوتر خود امروز بازی کنید؟”

در عوض، بارتلت پیشنهاد کرد که ممکن است “برنامه‌های شخصی کوانتومی مانند امور مالی یا چیزی خاص در مورد امنیت اطلاعات” وجود داشته باشد – اما حقیقت این است که هیچ کس نمی‌داند. گلی پیشنهاد جایگزین یک پردازنده کوانتومی را ارائه کرد که در کنار یک پردازنده کلاسیک قرار دارد. گلی گفت: “این می‌تواند مانند داشتن یک کارت گرافیک باشد، اما فقط برای کارهای خاصی مفید خواهد بود.”

هنوز مشخص نیست که لپ‌تاپ‌های کوانتومی برای مصرف‌کنندگان مفید خواهند بود یا خیر. چیزی که کارشناسان می‌توانند با اطمینان بالا بگویند این است که تمام موانع سخت‌افزاری – مقیاس‌بندی تعداد کیوبیت‌ها، تصحیح خطا و کوچک‌سازی اجزا – قابل غلبه هستند. و با این حال، یک لپ‌تاپ کوانتومی آینده احتمالاً Doom را بازی نخواهد کرد.