تقویت‌کننده‌ای با مصرف ۹۰ درصد کمتر برای رایانه‌های کوانتومی ساخته شد
دانشمندان موفق به ساخت نوعی تقویت‌کننده پالس‌محور شدند که مصرف انرژی آن ۹۰ درصد کمتر از مدل‌های رایج است. این دستگاه با کاهش تولید گرما و تداخلات الکترومغناطیسی، به حل مشکل "دکوهِرنس" در کیوبیت‌ها کمک می‌کند و راه را برای ساخت رایانه‌های کوانتومی بزرگ‌تر و دقیق‌تر هموار می‌سازد.
محققان دانشگاه فناوری چالمرز در سوئد موفق به ساخت یک تقویت‌کننده (Amplifier) جدید شده‌اند که می‌تواند تحولی اساسی در توسعه رایانه‌های کوانتومی به‌وجود آورد. این تقویت‌کننده پیشرفته با کاهش چشمگیر ۹۰ درصدی در مصرف انرژی نسبت به نمونه‌های موجود، نه‌تنها به صرفه‌جویی در مصرف منابع کمک می‌کند، بلکه یکی از چالش‌های اصلی رایانه‌های کوانتومی یعنی پدیده "دکوهِرِنس" (Decoherence) را نیز تا حد قابل توجهی کاهش می‌دهد.
در سامانه‌های کوانتومی، اطلاعات از طریق کیوبیت‌ها منتقل می‌شود که برخلاف بیت‌های رایانه‌های کلاسیک، می‌توانند به‌طور هم‌زمان در حالت‌های صفر و یک قرار گیرند. این ویژگی موسوم به «ابرپوشانی» (Superposition) به رایانه‌های کوانتومی اجازه می‌دهد تا مسائل پیچیده‌ای را با سرعت بسیار بالا حل کنند. اما یکی از چالش‌های مهم این فناوری، حساسیت شدید کیوبیت‌ها به نویزهای محیطی، مخصوصاً حرارت و تداخلات الکترومغناطیسی ناشی از تجهیزات جانبی مانند تقویت‌کننده‌های سیگنال است.
برای استخراج اطلاعات از کیوبیت‌ها، سیگنال‌های بسیار ضعیفی از آن‌ها خوانده می‌شود که نیاز به تقویت دارند. تقویت‌کننده‌های معمولی که در این فرایند استفاده می‌شوند، علاوه بر افزایش مصرف انرژی، گرما تولید می‌کنند که می‌تواند حالت کوانتومی کیوبیت‌ها را مختل کرده و صحت محاسبات را زیر سوال ببرد.
تیم تحقیقاتی چالمرز، به رهبری دکتر «یین زنگ» (Yin Zeng) دانشجوی دکتری و پروفسور «یان گران» (Jan Grahn)، موفق شده‌اند نوعی تقویت‌کننده ترانزیستوری طراحی کنند که عملکردی «پالس‌محور» دارد؛ به این معنا که فقط در لحظات لازم، یعنی هنگام خواندن اطلاعات از کیوبیت‌ها، فعال می‌شود و در بقیه زمان‌ها غیرفعال باقی می‌ماند. این سازوکار منحصربه‌فرد باعث شده نه‌تنها مصرف انرژی به یک‌دهم تقویت‌کننده‌های رایج کاهش یابد، بلکه از تولید حرارت و تداخلات اضافی نیز جلوگیری شود.
از دیگر نوآوری‌های مهم این پروژه می‌توان به استفاده از «برنامه‌نویسی ژنتیکی» برای طراحی یک سیستم کنترل هوشمند اشاره کرد که زمان واکنش تقویت‌کننده را به حدود ۳۵ نانوثانیه کاهش داده است. این سرعت بالا به تیم امکان داده تا سیگنال‌های بسیار سریع و ظریف کیوبیت‌ها را با دقت بالا ثبت و پردازش کنند، بدون آن‌که کیفیت عملکرد دستگاه کاهش یابد.
پروفسور گران در خصوص اهمیت این دستاورد گفت: «این نخستین باری است که یک تقویت‌کننده نیمه‌رسانایی با نویز پایین و مصرف انرژی کم در حالت پالس‌محور برای خوانش کیوبیت‌ها ساخته شده است، بدون آن‌که عملکرد آن کاهش یابد. این فناوری می‌تواند مسیر توسعه رایانه‌های کوانتومی در ابعاد بزرگ‌تر را هموار کند.»
این پیشرفت، یک گام کلیدی در مقابله با محدودیت‌های گرمایی و مصرفی رایانه‌های کوانتومی محسوب می‌شود. با افزایش تعداد کیوبیت‌ها در سیستم، نیاز به تقویت‌کننده‌های بیشتر و قدرتمندتر افزایش می‌یابد و بدون چنین فناوری‌هایی، گرمای تولیدشده می‌تواند مانعی جدی برای مقیاس‌پذیری رایانه‌های کوانتومی باشد.
انتظار می‌رود این نوآوری در آینده نقش مؤثری در کاربردهای حیاتی رایانه‌های کوانتومی مانند طراحی داروهای نوین، کشف مواد جدید، پیشرفت‌های چشمگیر در حوزه هوش مصنوعی و رمزنگاری پیشرفته داشته باشد.