گام بلند فیزیکدانان در جهت ساخت کامپیوتر کوانتومی
در سال ۲۰۱۶ جایزه نوبل فیزیک به سه فیزیکدان بریتانیایی به خاطر فعالیت بر روی ابررساناها و ابرشاره‌ها (سوپر فلوئیدها) اهدا شد. مطالعه این سه نفر منجر به شناخت یک فاز و حالت جدیدی از ماده شده بود. اکنون کشف آنها یک دستاورد عملی دارد؛ با استفاده از این حالت، می‌توان اندازه قطعه الکتریکی را بسیار کوچک کرد که این امر می‌تواند در ساخت یک کامپیوتر کوانتومی بسیار مفید باشد.
گروهی از دانشمندان دانشگاه سیدنی با همکاری مایکروسافت و دانشگاه استنفورد ایالات‌متحده آمریکا با استفاده از این حالت ماده که به نام عایق توپولوژیکی (topological insulator) شناخته می‌شود، توانستند یک قطعه الکتریکی به نام سرکیولیتور (Circulator) را به اندازه هزار بار کوچک‌تر کنند. این امر بدان معناست که تعداد بیشتری کیو بیت (کیو بیت مشابه با بیت در کامپیوتر کلاسیک، همان کوچک‌ترین واحد ذخیره اطلاعات در کامپیوتر کوانتومی است. کیو بیت یک سیستم کوانتومی دوحالتی است، مانند جهت قطبش یک فوتون که می‌تواند (به‌طور مثال) افقی یا عمودی در نظر گرفته شود.) می‌تواند در یک فضای کم جای گیرد.
کشفی که در سال ۲۰۱۶ این تیم سه‌نفره بریتانیای کرده بودند، این بود که تحت یک شرایط خاص، بعضی از مواد به‌راحتی می‌توانند الکترون را از سطح خود عبور دهند و درعین‌حال یک عایق الکتریکی نیز باشند! این دستاورد آنها همان‌گونه که بالاتر اشاره شد، منجر به دریافت جایزه نوبل گردید.
البته یک کشف بسیار مهم دیگر این بود که این مواد می‌توانند بدون شکستن تقارن ساختاری، بین حالت‌های ماده گذار داشته باشند. به‌عنوان یک مثال از شکست تقارن ساختار ماده، آب را در نظر بگیرید که در هنگام تبدیل به یخ یا بخار، تقارن ساختار اتمی‌اش شکسته می‌شود.
هنگامی‌که یک قطعه الکتریکی عملا در ابعاد و اندازه‌های اتمی ساخته شود، نحوه حرکت الکترون‌ها در ابعاد مختلف به طرز شگفت‌انگیزی مهم خواهد بود. در داخل یک کیو بیت، محاسبات توسط رفتار احتمالاتی ذرات کوانتومی انجام می‌شود که یک کامپیوتر کلاسیک هرگز قادر به انجام آن نیست. ساختن کیو بیت‌ها روش‌های بسیار متفاوتی دارد و اگر آنها را در کنار هم به‌صورت یک زنجیره قرار دهیم، بسیار کاربرد بهتری خواهند داشت. اما همواره کوچک کردن کیو بیت به‌اندازه‌ای که بتوان صدها عدد از آن را در داخل یک فضای کوچک قرار داد، کاری بسیار دشوار بوده است.
دیوید ریلی (David Reilly)، فیزیکدان دانشگاه سیدنی و رئیس بخش Q (کوانتومی) مایکروسافت می‌گوید:
حتی اگر اکنون میلیون‌ها کیو بیت داشته باشیم، همچنان مشخص نیست که تکنولوژی کلاسیک لازم برای کنترل آنها را نیز در اختیار داریم یا خیر.
تحقق ساخت یک کامپیوتر کوانتومی مدرن، نیازمند ابداعات در قطعات جدید میان رابط تکنولوژی‌های کلاسیکی با کوانتومی خواهد بود.
یکی از این قطعات سرکیولیتور است. سرکیولیتور مشابه یک میدان برای سیگنال‌های الکتریکی است که تنها اطلاعات را در یک راستا انتقال می‌دهد. تاکنون بهترین اندازه ساخته‌شده این سخت‌افزار در حدود ابعاد کف دست انسان است.
تحقیقات کنونی این دانشمندان باعث ساخت یک ویفر مغناطیده از یک ماده عایق توپولوژیکی خاص شده که می‌تواند به‌عنوان یک سرکیولیتور عمل کند و البته به اندازه هزار بار کوچک‌تر شود.
آلیس ماهونی (Alice Mahoney)، سرگروه این تیم تحقیقاتی دراین‌باره می‌گوید:
چنین سرکیولیتورهای کوچک، صرف‌نظر از کامپیوتر کوانتومی فعلی که در آن استفاده شده، می‌توانند در تعداد گوناگونی از پلتفرم‌های سخت‌افزاری کوانتومی پیاده‌سازی شوند.
بیشتر فعالیت‌های کنونی درزمینه کامپیوترهای کوانتومی مربوط به ساخت لوله پیش از ایجاد خلأ و نوار مغناطیسی می‌شوند که البته تحولات بسیار مفیدی در این زمینه‌ها نیز صورت گرفته است. اما اگر پیشرفت‌های چشمگیر دیگری مانند تولید همین قطعات کوچک را داشته باشیم، قطعا فاصله زیادی تا ساخت و ارایه یک کامپیوتر کوانتومی به صورتی که بهترین سوپر کامپیوترهای کنونی نیز در حد و اندازه‌های آن نباشند، نخواهیم داشت.
قطعا کامپیوترهای کوانتومی یکی از بزرگ‌ترین تحولات دنیای تکنولوژی در قرن ۲۱ خواهند بود.
نوشته گام بلند فیزیکدانان در جهت ساخت کامپیوتر کوانتومی اولین بار در وب‌سایت فناوری پدیدار شد.