Meredith Fore, Çikaqo Universiteti

Stefani Baum tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriBir tələbə Çikaqo Universitetində professor David Awschalomun laboratoriyasında elektron və nüvə spin kubitləri olan yarımkeçirici çip tutur. (Jean Lachat). Kredit: Jean Lachat

Kvant texnologiyası laboratoriyadan çıxarılaraq real dünyaya sürətlənir və yeni məqalə iddia edir ki, bu sahə indi dönüş nöqtəsində dayanır – bu, tranzistorun və müasir hesablamaların yüksəlişindən əvvəl olan erkən hesablama dövrünə bənzəyir.

Çikaqo Universiteti, Stenford Universiteti, Massaçusets Texnologiya İnstitutu, Avstriyanın İnsbruk Universiteti və Hollandiyanın Delft Texnologiya Universitetinin alimlərinin müəllifi olduğu məqalə, genişlənən kvant kompüterləri və şəbəkələrini formalaşdırmaq üçün əsas çətinlikləri və imkanları əks etdirən sürətlə inkişaf edən kvant informasiya avadanlığı sahəsinin qiymətləndirilməsini təklif edir. Kağız Elmdə görünür .

Çikaqo Universitetində molekulyar mühəndislik və fizika üzrə Liew ailəsi professoru, Çikaqo Kvant Birjasının və Çikaqo Kvant İnstitutunun direktoru, aparıcı müəllif David Awschalom, “Kvant texnologiyasındakı bu transformasiya anı tranzistorun ilk günlərini xatırladır” dedi.

“Əsas fizika konsepsiyaları qurulub, funksional sistemlər mövcuddur və indi biz texnologiyanın tam, faydalı miqyaslı potensialına nail olmaq üçün lazım olan tərəfdaşlıqları və əlaqələndirilmiş səyləri inkişaf etdirməliyik. Ölçəkləmə və modul kvant arxitekturasının çətinliklərini necə qarşılayacağıq?”

Son onillikdə kvant texnologiyaları fundamental laboratoriya nümayişlərindən kommunikasiya, hissetmə və hesablama kimi sahələrdə erkən real dünya tətbiqlərini təmin edə bilən sistemlərə keçdi. Müəlliflər qeyd edirlər ki, bu sürətli yetkinləşmə mikroelektronikanın yüksəlişinə təkan verən eyni üç sektorlu əməkdaşlıqdan irəli gəlir: akademiya, hökumət və sənaye arasında möhkəm əlaqələr.

Platformaların müqayisəsi

Məqalədə superkeçirici kubitlər, tutulmuş ionlar, spin qüsurları, yarımkeçirici kvant nöqtələri, neytral atomlar və optik fotonik kubitlər də daxil olmaqla altı aparıcı kvant aparat platformasının hazırkı vəziyyəti araşdırılır.

Hesablama, simulyasiya, şəbəkə və hissetmə tətbiqləri üzrə bu platformalar arasında irəliləyişi müqayisə etmək üçün müəlliflər hər birinin nisbi texnologiyaya hazırlıq səviyyəsini (TRL) qiymətləndirmək üçün ChatGPT və Gemini kimi böyük dildə süni intellekt modellərindən istifadə ediblər. TRL-lər texnologiyanın yetkinliyini 1-dən (laboratoriya mühitində müşahidə olunan əsas prinsiplər) 9-a (əməliyyat mühitində sübut edilmişdir) miqyasında qiymətləndirir, baxmayaraq ki, daha yüksək TRL hələ də sistemin daha yüksək səviyyədə mürəkkəbliyini nümayiş etdirən ilkin mərhələ texnologiyasına tətbiq edilə bilər.

Nəticələr sahənin tərəqqisinin müqayisəli görüntüsünü təqdim edir. Qabaqcıl prototiplər sistemin işləməsini və ictimai bulud çıxışını nümayiş etdirsə də, onların xam performansı hələ inkişaf mərhələsindədir. Məsələn, genişmiqyaslı kvant kimyası simulyasiyaları da daxil olmaqla bir çox mənalı tətbiqlər bu gün texnoloji cəhətdən mümkün olandan çox səhv performansı olan milyonlarla fiziki kubit tələb edə bilər.

Elektrik mühəndisliyi və kompüter elmləri professoru, fizika professoru və MIT-də Kvant Mühəndisliyi Mərkəzinin direktoru Henri Ellis Uorren (1894) həmmüəllifi William D. Oliver, texnologiya hazırlığını qiymətləndirərkən kontekst vacibdir.

“1970-ci illərdə yarımkeçirici çiplər o zaman TLR-9 olsa da, bugünkü qabaqcıl inteqral sxemlərlə müqayisədə çox az şey edə bilirdilər” dedi. “Eyni şəkildə, bu gün kvant texnologiyaları üçün yüksək TRL nə son məqsədə nail olunduğunu, nə də elmin bitdiyini və yalnız mühəndisliyin qaldığını göstərmir. Əksinə, əldə edilmiş əhəmiyyətli, lakin nisbətən təvazökar, sistem səviyyəsində nümayişi əks etdirir – tam vədi həyata keçirmək üçün hələ də əhəmiyyətli dərəcədə təkmilləşdirilməli və miqyası genişləndirilməlidir.”

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Tarixə nəzər salmaqla problemlərin qiymətləndirilməsi

Ən yüksək TRL balları kvant hesablamaları üçün superkeçirici kubitlərə, kvant simulyasiyası üçün neytral atomlara, kvant şəbəkəsi üçün fotonik kubitlərə və kvant zondlama üçün spin qüsurlarına verilib.

Müəlliflər kvant sistemlərinin effektiv şəkildə genişlənməsi üçün həll edilməli olan bir neçə əsas problemi müəyyənləşdirirlər. Etibarlı və sərfəli tökmə prosesləri vasitəsilə istehsal oluna bilən ardıcıl, yüksək keyfiyyətli, kütləvi istehsal olunan cihazları təmin etmək üçün materialşünaslıq və istehsalda əhəmiyyətli irəliləyişlər tələb olunur.

Naqil və siqnalın çatdırılması mərkəzi mühəndislik darboğazı olaraq qalır ; əksər kvant platformaları hələ də əksər kubitlər üçün fərdi idarəetmə kanallarını tələb edir və sadəcə naqillərin sayını artırmaq davamlı deyil, çünki bu sistemlər milyonlarla kubit miqyasına çatmağa çalışır. (Oxşar problemlərlə 1960-cı illərdə rəqəmlərin tiranlığı kimi tanınan kompüter mühəndisləri üzləşmişdilər.) Enerji təchizatı, temperaturun idarə edilməsi, avtomatlaşdırılmış kalibrləmə və sistemə nəzarət bütün sistemlər mürəkkəbləşdikcə davamlı irəliləyişlər tələb edən əlaqəli problemlər yaradır.

Məqalə bu mühəndislik ehtiyaclarını hesablama tarixindən dərslərlə əlaqələndirir. Klassik elektronikada ən transformativ inkişafların bir çoxu – litoqrafiyanın tətbiqindən tutmuş yeni tranzistor materiallarına qədər – laboratoriya tədqiqatlarından sənaye tətbiqinə keçmək üçün illər və ya onilliklər çəkdi. Müəlliflər iddia edirlər ki, kvant texnologiyalarında irəliləyiş oxşar qövslə davam edəcək. Onlar sistem səviyyəsində, yuxarıdan-aşağıya dizayn strategiyalarının, vaxtından əvvəl silosasiyadan qaçan açıq elmi biliklərin ortaq məcmusu və səbrin vacibliyini vurğulayırlar.

“Səbr bir çox əlamətdar inkişafların əsas elementi olmuşdur” yazırlar, “və kvant texnologiyalarında vaxt qrafiki gözləntilərini yumşaltmağın vacibliyinə işarə edir.”

Ətraflı məlumat: David D. Awschalom et al, Challenges and options for kvant information hardware, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adz8659

Jurnal məlumatı: Elm 

Çikaqo Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir