راه اندازی SmaraQ؛ گام تازه دانشمندان در مسیر کامپیوتر‌های کوانتومی

به گزارش خبرنگار دانش و فناوری خبرگزاری دانشجو، آلمان با راه‌اندازی SmaraQ، یک طرح تحقیقاتی مشترک که اپتیک کوانتومی را مستقیماً روی یک تراشه ادغام می‌کند، گام بزرگ دیگری در جهت تحقق کامپیوتر‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر برداشته است. این پروژه که توسط QUDORA Technologies GmbH، AMO GmbH و Fraunhofer IAF هدایت می‌شود، با هدف جایگزینی مجموعه‌های نوری حجیم با سیستم‌های فشرده و مبتنی بر تراشه انجام می‌شود که نویدبخش کارآمدتر و مقیاس‌پذیرتر کردن کامپیوتر‌های کوانتومی تله یونی هستند.

بازآفرینی کنترل نوری برای سیستم‌های تله یونی

در قلب SmaraQ یک پیشرفت در ادغام فوتونی نهفته است. رایانه‌های کوانتومی سنتی که با تله یونی کار می‌کنند، برای هدایت پرتو‌های لیزر جهت کنترل کیوبیت‌ها، به چیدمان‌های پیچیده‌ای از آینه‌ها و لنز‌ها متکی هستند، چیدمانی که با بزرگتر شدن سیستم‌ها، به طور فزاینده‌ای پیچیده می‌شود. هر یون، که به عنوان یک کیوبیت عمل می‌کند، باید برای عملیاتی مانند مقداردهی اولیه و خنک‌سازی، به طور دقیق با نور لیزر مورد توجه قرار گیرد. حفظ این دقت در صد‌ها یا هزاران کیوبیت، همچنان یک چالش اساسی برای افزایش مقیاس است.

شرکت SmaraQ با توسعه موجبر‌های فرابنفش (UV) و اجزای فوتونیکی متشکل از نیترید آلومینیوم (AlN) و اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) به این مشکل می‌پردازد. این مواد برای ساخت موجبر‌های روی تراشه‌ای استفاده می‌شوند که می‌توانند نور را مستقیماً با دقت در مقیاس نانومتر به کیوبیت‌ها هدایت کنند. این رویکرد نیاز به اپتیک‌های فضای آزاد بزرگ را از بین می‌برد، اندازه سیستم را به شدت کاهش می‌دهد و قابلیت اطمینان را بهبود می‌بخشد.

دکتر مایک شلر، رئیس فوتونیک در QUDORA، در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: «یکپارچه‌سازی روی تراشه، مسیر پیش رو برای محاسبات کوانتومی تله یونی را نشان می‌دهد. ما در حال مهندسی ساختار‌های موجبر در مقیاس نانومتری هستیم، ده هزار برابر نازک‌تر از موی انسان، که نور را با دقت بسیار بالا دقیقاً به جایی که کیوبیت‌های یونی ما نیاز دارند، می‌رسانند.»

این ادغام نه تنها پایداری نوری را افزایش می‌دهد، بلکه تولید انبوه پردازنده‌های کوانتومی را با استفاده از روش‌های ساخت نیمه‌هادی تثبیت‌شده تسهیل می‌کند، که گامی حیاتی در جهت گسترش فناوری محاسبات کوانتومی است.

همکاری ریشه در تخصص‌های مکمل دارد

SmaraQ سه شریک کلیدی را گرد هم آورده است که هر کدام تخصص فنی متمایزی دارند. شرکت QUDORA Technologies، به عنوان هماهنگ‌کننده پروژه، مسئول ادغام سیستم‌های فوتونی در معماری محاسبات کوانتومی یون به دام افتاده و پیشبرد تجاری‌سازی فراتر از مدت زمان پروژه است. فناوری اختصاصی NFQC (محاسبات کوانتومی میدانی نسل بعدی) این شرکت به دلیل دستیابی به انسجام بالای کیوبیت و کنترل دقیق و تعیین معیار‌ها در سیستم‌های یون به دام افتاده شناخته شده است.

شرکت Fraunhofer IAF تخصص خود در علم مواد را با توسعه ویفر‌های AlN لایه نازک اپیتاکسیال با کیفیت استثنایی، که به عنوان پایه و اساس اجزای فوتونیکی عمل می‌کنند، به کار می‌گیرد. در همین حال، AMO GmbH از قابلیت‌های پیشرفته نانوساخت خود برای ایجاد و الگودهی این اجزا بر روی تراشه‌ها با استفاده از لیتوگرافی پیشرفته استفاده می‌کند. این تلاش‌ها در کنار هم، یک زنجیره تأمین مستقر در آلمان برای مواد و اجزای حیاتی محاسبات کوانتومی تشکیل می‌دهند که یک مزیت استراتژیک برای حفظ استقلال فناوری است.

نام این پروژه، SmaraQ، از Smaragdkolibri، که با نام مرغ مگس‌خوار زمردی دم‌آبی نیز شناخته می‌شود، الهام گرفته شده است که به دلیل دقت و توانایی‌اش در درک نور فرابنفش مشهور است. این تشبیه، تمرکز پروژه بر کوچک‌سازی و کنترل در مقیاس‌های میکروسکوپی، ویژگی‌های اساسی در دنیای فناوری کوانتومی، را نشان می‌دهد.

به سوی فناوری‌های کوانتومی پایدار و مستقل

SmaraQ که از سال ۲۰۲۵ تا ۲۰۲۸ اجرا می‌شود، توسط وزارت تحقیقات، فناوری و فضای فدرال آلمان (BMFTR) تحت برنامه‌ای که از فناوری‌های توانمندساز در تحقیقات کوانتومی پشتیبانی می‌کند، تأمین مالی می‌شود. این ابتکار بخشی از یک تلاش ملی گسترده‌تر برای تقویت رهبری اروپا در محاسبات کوانتومی و ایمن‌سازی زنجیره‌های تأمین حیاتی در این قاره است.

با تمرکز بر فناوری‌های نوری یکپارچه و مقیاس‌پذیر، SmaraQ به یکی از مهم‌ترین گلوگاه‌های محاسبات کوانتومی تله یونی می‌پردازد. حفظ دسترسی نوری دقیق با افزایش تعداد کیوبیت‌ها. در صورت موفقیت، این پروژه می‌تواند طرحی برای تولید پردازنده‌های کوانتومی در مقیاس صنعتی ایجاد کند و شکاف بین نمونه‌های اولیه آزمایشگاهی و سیستم‌های تجاری قابل اجرا را پر کند.