در داخل اکوسیستم سخت افزاری محاسبات کوانتومی فنلاند

در سال ۱۹۶۵، Olli V. Lounasmaa، پیشگام برودتی، آزمایشگاه دمای پایین (LTL) را در جایی که اکنون دانشگاه آلتو نامیده می شود، برای تحقیق در مورد فیزیک دمای بسیار پایین راه اندازی کرد. علیرغم برخی تردیدهای اولیه به این دلیل که «چرا کسی می‌خواهد در فنلاند سرد تحقیق کند»، LTL پیشرفت کرده است و محققان را از سرتاسر جهان جذب کرده است – و پایه‌ای را برای اکوسیستم راه‌اندازی محاسبات کوانتومی فنلاند بنا نهاده است.

محاسبات کوانتومی مدتهاست که رویاها بوده است اظهارات آرتور سی. کلارک در دهه ۱۹۷۰ مبنی بر اینکه “هر فناوری به اندازه کافی پیشرفته از جادو قابل تشخیص نیست” هرگز درست تر از زمانی که سعی می کنید سر خود را در اطراف پدیده هایی مانند پیچیده کنید احساس نمی شود. درهمتنیدگی کوانتومی. با این حال، تک تک تکه‌های پازل با سرعت فزاینده‌ای شروع به هماهنگ شدن با هم می‌کنند.

عبور از دوران NISQ

قبل از اینکه به پایین تر از این بپردازیم کوانتومی با این حال، حفره خرگوش، فقط یک اطلاعیه خدمات عمومی کوچک برای کسانی است که ممکن است تعجب کنند که کامپیوترهای کوانتومی که از بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها به عنوان واحد اصلی داده استفاده می‌کنند، واقعاً چه کار می‌کنند. حقیقت این است که خیلی زیاد نیست – هنوز. با این حال، پتانسیل آنها چیزی کمتر از، خوب، جادویی نیست.

اگر واقعیتی که انجیلیست ها به آن امیدوار هستند محقق شود، رایانه های کوانتومی قادر خواهند بود مسائل پیچیده ای از جمله تغییرات آب و هوا، مهندسی مواد جدید، انواع جدید پزشکی، اشکال فوق امن رمزگذاری و غیره را حل کنند. آنها همچنین می توانند به معنای واقعی کلمه “اینترنت” را در مورد آنچه هست، بشکنند به عنوان Q-Day شناخته می شود.

جوها وارتیاینن، رئیس امور جهانی یکی از بنیانگذاران IQM، فنلاند – اعتصاب که – شرکت پیشرو سخت افزار کوانتومی اروپا در مدارهای ابررسانا، به TNW می گوید.

او می‌گوید: «شاید برخی سؤالات فلسفی در مورد ساختار جهان، به نوعی با دسترسی دست اول به قلمرو کوانتومی». بنابراین اساساً سؤالات نهایی زندگی، جهان و همه چیز است.

اما این چیزی شبیه اتوپیای کوانتومی است. فن‌آوری‌های کوانتومی، و به‌ویژه رایانه‌های کوانتومی، هنوز در مراحل ابتدایی خود هستند. استارت‌آپ‌هایی که به دنبال ایجاد جایگاهی در این زمینه هستند، باید ابزارهایی برای بقای مالی آنچه که عصر NISQ نامیده می‌شود، بیابند. این مخفف Noisy Intermediate-Scale Quantum است و به وضعیت فعلی نرخ خطا بالا و تعداد محدود کیوبیت اشاره دارد.

زمان اکتشاف و یادگیری بیش از زمان کاربرد تجاری واقعی در نظر گرفته می شود. به نوبه خود، این بدان معنی است که برای سرمایه گذاران دشوار است که از وعده های این فناوری در یک بازه زمانی متعارف پول نقد کنند.

Himadri Majumdar، بنیانگذار و مدیر عامل SemiQon، شرکتی که پردازنده های کوانتومی نیمه هادی مبتنی بر سیلیکون را تولید می کند، می گوید: «ما استارت آپ های شتر هستیم. ما آن را به آرامی، اما با سرعت ثابت پیش می بریم.»

Majumdar توضیح می‌دهد که SemiQon، یک شرکت تحقیقاتی غیرانتفاعی دولتی فنلاند VTT، توانسته است از بودجه خصوصی و دولتی استفاده کند. کاری که ما سعی می کنیم انجام دهیم این است که در چرخه ها نشان دهیم که چگونه می توانیم با هر تکرار ساختی که انجام می دهیم به جنبه مقیاس پذیری برسیم.

قلمرو کوانتومی ژئوپلیتیک

به دلیل دشواری جذب سرمایه، برتری در محاسبات کوانتومی عمدتاً متعلق به کشورهایی است که دولت‌ها آماده هستند تا برای آنچه که معتقدند از نظر اقتصادی – یا ژئوپلیتیکی – در آینده به آنها کمک می‌کند، هزینه کنند. در سال ۲۰۲۲، چین ۱۵٫۳ میلیارد دلار به این فناوری سرازیر کرد، پس از آن تنها ۱٫۸ میلیارد دلار از دولت ایالات متحده و ۱٫۲ میلیارد دلار از اتحادیه اروپا بود.

بازار محاسبات کوانتومی به ارزش ۹٫۳ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۲ است انتظار می رود به ۲۰۳٫۱ میلیارد دلار رشد کند تا سال ۲۰۳۲٫ شرکت هایی که پروژه های کوانتومی قابل توجهی دارند شامل غول های فناوری مانند IBM، Google Quantum AI، آمازون و مایکروسافت هستند. با این حال، یک کشور کوچک در شمال اروپا یک اکوسیستم فناوری کوانتومی پیشرو در جهان ایجاد کرده است – از جمله شرکتی که بدون آن اصلاً کامپیوتر کوانتومی وجود نخواهد داشت.

جوناس گئوست، مدیرعامل Bluefors، رهبر بازار جهانی یخچال‌های کامپیوتری کوانتومی، می‌گوید: «از دیدگاه ما، داستان تازه شروع شده است. اینها “لوسترهای” طلایی هستند که کیوبیت ها را خنک نگه می دارند. آنها لازمه عملکرد کیوبیت های ابررسانای امروزی هستند و در ذهن عموم مردم کاملاً مترادف با رایانه های کوانتومی هستند.

اگرچه، با شروع مقیاس‌پذیری سیستم‌های محاسباتی کوانتومی، ممکن است تغییر کند. بزرگترین یخچال Bluefors تا به امروز KIDE است که برای پشتیبانی از یک سیستم ۱۰۰۰ کیوبیتی (مانند IBM) ساخته شده است. تراشه کوانتومی کندور). KIDE از نظر ساختاری متفاوت است به این معنا که به جای آویزان شدن از سقف، روی زمین ایستاده است.

همچنین یک شش ضلعی است که می توانید یکی از درها را بردارید و سپس KIDE دیگری را در کنار آن قرار دهید و چندین کامپیوتر کوانتومی را به هم متصل کنید. Guest می افزاید: “ما در حال بررسی چگونگی ایجاد مقیاس پذیری از نظر نیازهای مختلف صنعتی هستیم.” “ما در حال کار بر روی آنچه مشتریان ما در پنج سال آینده نیاز خواهند داشت و پیاده سازی های واقعی که هنوز در پیش روی ما هستند، کار می کنیم.”

Bluefors در سال ۲۰۰۸ توسط Rob Blauwgeers و Pieter Vorselman تاسیس شد. اکنون ۶۰۰ کارمند، درآمدی بالغ بر ۱۶۰ میلیون یورو دارد و ایالات متحده را “خانه دوم خود” می داند. این شرکت همچنین در حال بررسی برنامه های کاربردی دیگر برای فناوری برودتی خود است، مانند خنک سازی برای حسگرهای حساس برای اخترفیزیک، ذخیره سازی هیدروژن، و علوم پایه مواد.

ابزار کامپیوتر کوانتومی کوتاه مدت در مقابل عصر میلیون کیوبیت

سایر استارتاپ‌های سخت‌افزار کوانتومی نیز برنامه‌های درآمدزایی را تعریف می‌کنند. به عنوان مثال، IQM شروع به تهیه موسسات تحقیقاتی با سیستم های کیوبیت در مقیاس کوچکتر کرده است، که مهندسان کوانتومی فردا می توانند خواندن و مدیریت کیوبیت ها را بیاموزند. این شرکت در سال ۲۰۱۸ و در سال ۲۰۲۲ راه اندازی شد ۱۲۸ میلیون یورو در سری A2 جمع آوری کرد – بزرگترین دور سرمایه گذاری که توسط یک شرکت محاسبات کوانتومی اروپایی جمع آوری شده است.

اولین محصول این شرکت IQM Spark 5 کیوبیتی “با قیمت مناسب” است. Vartiainen می گوید: «آموزش کوانتومی در طول تاریخ فقط برای تعداد بسیار کمی از فیزیکدانان در دسترس بوده است. “و این خوب بود، زیرا به تعداد زیادی فیزیکدان کوانتومی نیاز نبود. اما اکنون همه چیز تغییر کرده است، و خیلی ناگهانی.”

Vartiainen توضیح می دهد که ایده پشت Spark این است که “دانش آموزان می توانند از آن استفاده کنند و با آن بازی کنند و شبیه سازی های فیزیک، اکتشافات بسیار اساسی فیزیک کوانتومی را اجرا کنند، و برخی از الگوریتم های ساده را اجرا کنند و یاد بگیرند که چگونه یک کامپیوتر کوانتومی کار می کند.”

IQM همچنین در حال آماده شدن برای ارسال سیستم بزرگ‌تر خود Radiance، از ۵۴ تا ۱۵۰ کیوبیت است، که می‌گوید راه را برای مزیت کوانتومی هموار می‌کند (زمانی که یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند به وضوح مشکلی را حل کند که هیچ کامپیوتر کلاسیکی قادر به حل آن نیست)، به کسب‌وکارها در آموزش کمک می‌کند. قبل از اینکه سیستم های بزرگتر به صورت تجاری در دسترس قرار گیرند، سیستم های کوچکتر را روشن و هدایت کنید.

IQM یک جایگاه تجاری پیدا کرده است زیرا به دانشمندان کمک می‌کند تا با استفاده از ابررساناهایی که به دستگاه‌های برودتی بزرگ نیاز دارند، فناوری کوانتومی موجود را آموزش دهند. از سوی دیگر SemiQon در حال ساخت تراشه‌های کوانتومی نیمه‌رسانای خود است که کمتر تحت تأثیر دما برای «عصر میلیون کیوبیت» قرار می‌گیرند.

Majumdar می گوید: “کاری که ما در VTT انجام می دادیم بر اساس ابررساناها بود. بنابراین ما در حال ساخت کامپیوترهای کوانتومی مبتنی بر ابررسانا بودیم. اما ما همچنین این قابلیت را داشتیم که پردازنده های کوانتومی مبتنی بر نیمه هادی یا دستگاه های محاسباتی کوانتومی را انجام دهیم.” “و این برای من شخصا جالب تر بود، زیرا نیمه هادی ها مقیاس پذیر هستند، مقرون به صرفه هستند و این فناوری چشم انداز بسیار بزرگ تری برای مقیاس بندی دارد.”

قدرت اکوسیستم فنلاند و استعدادیابی

فراتر از سنت‌های آکادمیک، پایه‌هایی که فنلاند این ظرف تجاری پیشرو کوانتومی را بر اساس آن ساخته است چیست؟ Vartiainen از IQM می گوید: «یک چیز این است که کاملاً متمرکز است. “در واقع، این منطقه بسیار کوچک است – در شعاع شاید دو، سه کیلومتری، تعداد زیادی بازیکن کوانتومی وجود دارد.”

مجومدار تاکید می کند: دانش فنی زیادی در این اکوسیستم وجود دارد. این بدان معناست که ما می‌توانیم راه‌حل‌ها یا افرادی که راه‌حل‌ها را دارند، نسبتاً آسان و سریع در مقایسه با جاهای دیگر پیدا کنیم.»

دسترسی به fامکانات و زیرساخت های مورد حمایت دولت، مانند آنچه در VTT در خارج از هلسینکی است، برای استارتاپ هایی که در زمینه هایی مانند کوانتومی کار می کنند نیز ضروری است. مجومدار می‌گوید: «اگر برای یک اندازه‌گیری خاص و بسیار خاص به یک مرکز اندازه‌گیری نیاز دارید، آن را در اینجا پیدا خواهید کرد. و لازم نیست راه دور بروید».

به نوبه خود، Bluefors به ​​طور فعال با دانشگاه ها کار می کند و بسیاری از کارآموزان تابستانی را می پذیرد. در واقع، به نظر می رسد که مشارکت برای حل مسائل مربوط به نیروی کار نیز کلیدی باشد. برای مثال، هنگامی که به دنبال مهارت‌های مهندسی خرد می‌گشت، شرکت به همسایگان خود در مدرسه ساعت‌سازی فنلاند روی آورد.

وقتی از گئوست در مورد دشواری یافتن استعداد برای چنین کارهای با مهارتی پرسیده شد، می گوید: “این یک چالش مداوم است. من فکر می کنم این همان چیزی است که هر کسی که با فناوری های جدید کار می کند تجربه می کند.”

سپس او آنچه را که ظاهراً اخلاق فنلاند را خلاصه می‌کند بیان می‌کند، و شاید تا حدی توضیح می‌دهد که چگونه این اکوسیستم توانسته است در جذب استعداد و سرمایه‌گذاری خارجی بالاتر از وزن خود عمل کند. از سوی دیگر، من به نوعی از مدرسه آمده‌ام که شکایت کردن کمکی نمی‌کند، می‌دانی – فقط باید کار بهتری انجام دهیم.»

ما هنوز تا حدی با برتری کوانتومی فاصله داریم (حتی متخصصان نمی توانند دقیقاً در مورد چقدر فاصله داشته باشند). ما هنوز باید مشاهده کنیم، یاد بگیریم، سرهم بندی کنیم، و احتمالاً رویا برای تبدیل شدن آن روز به واقعیت کافی است. اما تا آن زمان، رایانه‌های کوانتومی می‌توانند با رایانه‌های کلاسیک کار کنند و شبیه‌سازی‌های بسیار خاص را اجرا کنند.

این موضوع در حوزه مهندسی نرم افزار کوانتومی بسیار مورد بررسی قرار گرفته است، فصلی کاملاً دیگر در حماسه کوانتومی که در داستان دیگری به آن اشاره خواهیم کرد.