استارت‌آپ Nu Quantum استفاده از کامپیوترهای کوآنتومی را در شرایط عادی‌تری ممکن می‌کند
استارت‌آپی در بریتانیا به‌سرعت و بی‌سروصدا در حال طی کردن گام‌های مهمی در حوزه فوتونیک کوآنتومی است. شرکت Nu Quantum که در شهر کمبریج واقع شده، مشغول ساخت دستگاه‌هایی است که می‌توانند ذرات کوآنتومی نور، موسوم به تک فوتون‌ها، را منتشر و شناسایی کنند. این شرکت که به‌تازگی ۲.۷۱ میلیون دلار سرمایه جذب کرده، می‌تواند دستگاه‌هایی بسازد که روزی پایه‌گذار عصر نوین سیستم‌های فوتونیک کوآنتومی باشند و در حوزه‌هایی مثل ارتباطات کوآنتومی و رایانش کوآنتومی مورد استفاده قرار بگیرند.
شرکت Nu Quantum قطعات پرتوانی برای انتشار و شناسایی نور می‌سازد که در سطح تک-فوتون‌ها و در دمای محیط کار می‌کنند. این شرکت در حال ساخت تجارتی مبتنی بر ترکیب اپتیک‌های کوآنتومی، فوتونیک‌های نیمه‌رسانا و تئوری اطلاعات است. Nu Quantum پس از هشت سال کار تحقیقاتی در آزمایشگاه Cavendish دانشگاه کمبریج وارد بازار کار شده است.
مدیرعامل Nu Quantum، کارمن پالاسیوس-براکرو، می‌گوید: «تمامی سیستم‌های فوتونیک کوآنتومی کار خود را با یک منبع تک فوتونی آغاز کرده و آن را با یک تشخیص‌دهنده تک فوتونی به پایان می‌رسانند. این فناوری‌ها دو مقوله متفاوت‌اند، ولی ما آن‌ها را به‌عنوان دو سر یک سیستم گرد هم می‌آوریم. هدف اصلی ما این است که بتوانیم این کار را در شرایطی تحت کنترل انجام دهیم.»
همان‌طور که پالاسیوس-براکرو تاکید می‌کند، حتی تولید تک ذرات کوآنتومی نور از نظر فنی بسیار سخت و پیچیده است. در واقع، کامپیوترهای کوآنتومی معدودی که امروزه از سوی گوگل و IBM طراحی شده و مشغول به کارند، نه بر اساس نور بلکه با اتکا بر وضعیت کوآنتومی ماده کار می‌کنند. به‌عبارت دیگر، کیوبیت‌های ابررسانایی که در محصولات این شرکت‌ها وجود دارند به جای فوتون بر الکترون متکی هستند.
ولی این کیوبیت‌های ابررسانا بسیار ناپایدارند. به‌همین خاطر دستگاه‌ها باید در دمای فوق‌العاده پایینی باشند، چون جنبش‌های حرارتی می‌توانند کیوبیت‌ها را از وضعیت کوآنتومی خود خارج کنند. این مسئله باعث می‌شود که افزایش تعداد کیوبیت‌ها چالش بسیار بزرگی را پیش روی دانشمندان قرار دهد.
کامپیوترهای فوتونیک کوآنتومی می‌توانند مزیت‌های زیادی نسبت به همتایان ماده-محور خود داشته باشند. فوتون‌ها خیلی کمتر مستعد بروز واکنش نسبت به محیط پیرامون خود هستند، این یعنی می‌توانند وضعیت کوآنتومی خود را برای مدت طولانی‌تر و در فواصل بیشتری حفظ کنند. یک کامپیوتر فوتونیک کوآنتومی از لحاظ تئوری می‌تواند در دمای اتاق کار کند و به‌همین خاطر قادر است خیلی زود در مقیاس بزرگ‌تری قرار بگیرد.
چالش بزرگی که پالاسیوس-براکرو به آن اشاره می‌کند به مسئله تولید اولین فوتون کوآنتومی برمی‌گردد: «توانایی تولید یک فوتون در هر لحظه دستاوردی فوق‌العاده مهم است. در حقیقت، این عمل به مسئله غایی حوزه اپتیک‌های کوآنتومی بدل شده است. ولی من در دوره PhD روی تولید تک فوتون‌ها کار کرده‌ام؛ و این همان ایده جدیدی است که آن را مطرح کرده‌ام.»
پالاسیوس-براکرو و تیمش با کمک فناوری‌های حوزه ساخت نیمه‌رساناهای مقیاس نانو می‌خواهند مسئله تولید تک-فوتون‌ها را حل کنند. محصولات Nu Quantum در دو قالب دو جعبه کوچک ساخته می‌شوند: اولی تک فوتونی می‌سازد که می‌تواند در سیستم‌های کوآنتومی مختلف برای مصارف گوناگون استفاده شود. دومی مقدار سیگنال‌های کوآنتومی منتشره از جعبه اول را اندازه می‌گیرد. مدیرعامل این شرکت می‌گوید فناوری آن‌ها حوزه کوآنتوم را یک گام دیگر به مرحله تجاری‌سازی و ورود به بازار نزدیک‌تر می‌کند.
پالاسیوس-براکرو توضیح می‌دهد: «میان منبع و تشخیص‌دهنده تک فوتون‌ها اتفاقات ساده و پیچیده زیادی رخ می‌دهد. پیچیده‌ترین این اتفاقات مربوط به کامپیوترهای فوتونیک کوآنتومی است که در آن هزاران فوتون در یک طرف و هزاران تشخیص‌دهنده در سمت دیگر وجود دارند. و البته در وسط آن‌ها دروازه، درهم‌تنیدگی و چیزهای خیلی زیادی قرار گرفته است. ولی این اتفاق در پیچیده‌ترین حالت ممکن می‌افتد.»
دستیابی به یک کامپیوتر فوتونیک کوآنتومی هدفی است که مدیرعامل این استارت‌آپ در چشم‌انداز خیلی دور به دنبال آن است. اگر بخواهیم به کاربرد ساده‌تر فناوری‌های این شرکت اشاره کنیم، چیزی که آن‌ها در حال حاضر مشغول کار روی آن هستند، می‌توانیم از تولید عدد تصادفی کوآنتومی نام ببریم. این فناوری قادر است ایمنی کلیدهای رمزنگاری اطلاعات را به‌شکل قابل توجهی افزایش دهد.
کلیدهایی که در حال حاضر برای رمزنگاری اطلاعات بین طرفین استفاده می‌شوند با کمک الگوریتم‌های کلاسیک به‌دست می‌آیند. رایانش کلاسیک حالت قطعی دارد؛ یعنی با ارائه یک ورودی مشخص همواره خروجی مشخصی دریافت می‌کنید، پس هیچ چیزی اساسا به‌طور کامل تصادفی نیست. در نتیجه، الگوریتم‌های کلاسیک تا حد مشخصی قابل پیش‌بینی هستند. در حوزه امنیت، این یعنی با در اختیار داشتن توان رایانشی کافی می‌توان همه کلیدهای امنیتی را تقریبا به‌راحتی پیدا کرد.
ولی این مسئله در دنیای کوآنتوم چنین نیست. یکی از خصوصیات ذاتی فوتون‌های کوآنتومی این است که تصادفی رفتار می‌کنند. برای نمونه، اگر یک تک-فوتون به مسیری فرستاده شود که دو شاخه می‌شود، تحت هیچ شرایطی نمی‌توان با قطعیت اعلام کرد که ذره کدام شاخه را انتخاب خواهد کرد.
فناوری مورد استفاده Nu Quantum شامل یک منبع فوتونی، دو تشخیص‌دهنده و یک مسیر دوشاخه است که سه دستگاه را به هم وصل می‌کند. پالاسیوس-براکرو می‌گوید: «اگر فرض کنیم تشخیص‌دهنده سمت راست ۱ باشد، و تشخیص‌دهنده سمت چپ ۰، در خروجی رشته‌ای از اعداد خواهید داشت که کاملا تصادفی هستند. هرچه این اعداد بیشتر تصادفی باشند، کلید شما غیرقابل پیش‌بینی‌تر است و سیستم رمزنگاری‌تان ایمن‌تر می‌شود.»
شرکت Nu Quantum فعلا روی تولید اعداد تصادفی کوآنتومی تمرکز کرده، ولی هدف آن‌ها ساخت سیستم‌هایی است که با پیشرفت فناوری روز‌به‌روز پیچیده‌تر می‌شوند. مدیرعامل این شرکت انتظار دارد که آن‌ها ظرف چهار یا پنج سال آینده بتوانند روی گام بعدی خود تمرکز کنند.
خانم پالاسیوس-براکرو امیدوار است که دستگاه‌های Nu Quantum بتوانند برای اتصال دستگاه‌های کوآنتومی در یک اینترنت کوآنتومی استفاده شوند. پروژه اینترنت کوآنتومی پروژه‌ای حاصل یک دهه برنامه‌ریزی از سوی دانشمندان آمریکایی، اروپایی و چینی است که وارد حوزه قوانین مکانیک کوآنتومی شده و حتی گریزی به مبحث تله‌پورت می‌زند تا بتواند اطلاعات کوآنتومی را از یک دستگاه کوآنتومی به دستگاه بعدی بفرستد. انجام این کار احتمالا نیازمند تک فوتون‌هایی خواهد بود که باید بین فرستنده و گیرنده ساخته و توزیع شوند، چون ذرات نور قابلیت سفر در فواصل طولانی‌تر را دارند.
با این همه، Nu Quantum در چشم‌انداز کوتاه مدت خود به فکر استفاده از سرمایه‌ای خواهد بود که به‌تازگی جذب کرده است. آن‌ها فعلا می‌خواهند آزمایشگاه و ساختمان مرکزی تازه‌ای در کمبریج تاسیس کنند و اندازه تیم خود را تا سه برابر افزایش دهند.
داغ‌ترین‌ها
اخبار مشابه
دیدگاه‌ها (0 نظر)