این کشتی هوایی قرار است مراکز داده‌ی کوانتومی را به جو زمین ببرد

گروهی از پژوهشگران، روش متفاوتی برای حل یکی از بنیادی‌ترین چالش‌های رایانش کوانتومی پیشنهاد داده‌اند. این روش در صورت تحقق، می‌تواند رایانش ابری را به‌کلی دگرگون کند.

با آن‌که دو شرکت آمازون و مایکروسافت در سال جاری میلادی از عرضه‌ی تراشه‌های کوانتومی خود خبر داده‌اند، رایانه‌هایی که بر پایه‌ی ذرات زیراتمی موسوم به کیوبیت کار می‌کنند به‌تدریج به واقعیت نزدیک می‌شوند. کیوبیت‌ها از پدیده‌ای بهره می‌گیرند که به آن برهم‌نهی گفته می‌شود؛ بدین‌معنا که برخلاف بیت‌های معمولی که تنها می‌توانند در وضعیت صفر یا یک قرار بگیرند، کیوبیت‌ها قادرند همزمان هر دو وضعیت را در خود نگه دارند. این توانایی حفظ دو حالت همزمان، این امید را ایجاد کرده که رایانه‌های کوانتومی بتوانند در آینده معماهای علمی بسیار پیچیده را با سرعت‌هایی فراتر از تصور حل کنند.

با وجود این، یک مشکل اساسی وجود دارد: بیشتر کیوبیت‌ها برای عملکرد صحیح باید در دمایی بسیار نزدیک به صفر مطلق نگه داشته شوند. بنابراین ساخت چنین دستگاه‌هایی در مقیاس بزرگ، نیازمند صرف انرژی گسترده‌ای برای خنک‌سازی است.

اکنون پژوهشی تازه از سوی محققان دانشگاه علوم و فناوری ملک عبدالله در عربستان سعودی، این مشکل را با رویکردی متفاوت حل می‌کند.

این گروه در مجله npj Wireless Technology طرحی ارائه کرده‌اند که در آن از کشتی‌های هوایی، یا همان بالن‌های قابل هدایت، برای انتقال رایانه‌های کوانتومی به استراتوسفر استفاده می‌شود. در ارتفاع حدود ۲۰ کیلومتر، دما به محدوده‌ی منفی ۵۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد و این شرایط برای عملکرد صحیح کیوبیت‌ها کافی است. آن‌ها این سامانه‌ را QC-HAPs نامیده‌اند و پیشنهاد می‌کنند که بالن‌ها علاوه بر رایانه‌های کوانتومی به پنل‌های خورشیدی و باتری‌های لیتیوم-سولفور نیز مجهز شوند.

از آن‌جا که این کشتی‌های هوایی بالاتر از ابرها و الگوهای آب‌وهوایی مختل‌کننده قرار می‌گیرند، می‌توانند در طول روز از انرژی خورشیدی برای کارکرد و شارژ باتری‌ها بهره ببرند و در شب از انرژی ذخیره‌شده استفاده کنند.

برای برقراری ارتباط با این رایانه‌های شناور، تیم پژوهشی پیشنهاد می‌کنند که داده‌ها از طریق امواج نوری و با استفاده از فرایندی موسوم به ارتباط اپتیکال فضای آزاد به ایستگاه‌های زمینی منتقل شوند. این روش مشابه مسیری است که اوایل سال میلادی جاری در طولانی‌ترین پیوند ارتباط کوانتومی جهان آزمایش شد؛ پیوندی که در آن از فوتون‌ها برای انتقال و رمزگذاری داده استفاده گردید.

در روزهای ابری نیز پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که بالن‌ها به سامانه‌های فرستنده‌ی امواج رادیویی مجهز شوند و برای کاهش تضعیف سیگنال، از سکوهای شناور در ارتفاعات پایین‌تر به‌عنوان ایستگاه میانجی استفاده گردد.

به گفته‌ی نویسندگان پژوهش، اجرای این طرح می‌تواند مصرف انرژی موردنیاز یک رایانه کوانتومی مبتنی بر کیوبیت‌های تله‌ی یونی را تا حدود ۲۱ درصد کاهش دهد. این کیوبیت‌ها درواقع اتم‌های باردار منفرد هستند که به‌وسیله‌ی میدان‌های الکترومغناطیسی در فضا نگه داشته می‌شوند و کنترل آن‌ها با لیزر انجام می‌شود. علاوه بر این، آن‌ها می‌گویند که هر بالن می‌تواند در سراسر زمین جابه‌جا شود و در صورت نیاز با سایر سکوها پیوند برقرار کند تا توان محاسباتی افزایش یابد. این کار ناوگانی پویا را پدید می‌آورد که قادر است خدمات محاسبات کوانتومی مقیاس‌پذیر را به‌صورت درخواستی در سراسر جهان ارائه کند.

اعضای تیم اذعان می‌کنند که طرح آنان هنوز فاصله‌ی زیادی تا اجرا شدن در دنیای واقعی دارد و نخست باید پیشرفت‌های چشمگیری در سخت‌افزار رایانش کوانتومی رخ دهد. با این حال، آن‌ها قصد دارند مسیر پژوهشی آغاز شده را پیگیری کنند.