این سیستم برودتی، که گوس‌بری[۱] نامیده می‌شود، زمینه را برای ایجاد تحولی در محاسبات کوانتومی فراهم می‌کند. از طریق این سیستم، نسل جدید ماشین‌ها می‌توانند محاسبات هزاران کیوبیتی یا بیشتر از آن انجام دهند. این در حالی است که امروزه اکثر دستگاه‌های پیشرفته چند ده کیوبیت ظرفیت پردازش دارند.
دیوید ریلی[۲]، فیزیک‌دان کوانتوم دانشگاه سیدنی و آزمایشگاه کوانتوم مایکروسافت می‌گوید که در حال حاضر ابررایانه‌های جهان تنها با حدود 50 کیوبیت کار می‌کنند. وی می‌گوید: «این مقیاس کوچک تا حدودی به خاطر محدودیت‌های ساختار فیزیکی است که کیوبیت‌ها را کنترل می‌کند».
کیوبیت‌ها برای انجام محاسبات مکانیکی کوانتومی به شرایط فیزیکی بسیار ویژه‌ای نیاز دارند و به همین دلیل معماری آن‌ها بسیار محدود است.
تراشه گوس‌بری قرمز رنگ در کنار یک تراشه تست کیوبیت آبی و تشدیدگر بنفش. (مایکروسافت)
رایانه‌های سنتی بیت‌های دوتایی تنها با 0 یا 1 کار می‌کنند ولی کیوبیت‌ها حالتی تعریف نشده و غیرقابل اندازه‌گیری خاصی دارند که در مسائل ریاضی پیچیده‌تر، می‌تواند همزمان مقدار 0 و 1 را به خود بگیرد. این حالت برهم‌نهی کوانتومی نامیده می‌شود.
این ویژگی ذاتی مکانیک کوانتوم به این معنی است که رایانه‌های کوانتومی از نظر تئوری می‌توانند مسائل بسیار پیچیده‌ای را حل کنند که رایانه‌های قدیمی هرگز قادر به حل کردنشان نیستند یا به سال‌ها زمان برای این کار نیاز دارند.
با این حال، همانند دیگر فناوری‌های مرسوم، هرچه تعداد کیوبیت‌ها بیشتر باشد بهتر است و تا به امروز، محققان توانسته‌اند تعداد محدودی کیوبیت در سیستم‌های کوانتومی به کار بگیرند. یکی از دلایل آن این بوده است که برای به کار بردن کیوبیت‌ها، علاوه بر دیگر شرایط تحت کنترل، سرمای بسیار زیادی نیز نیاز است و سیم‌کشی الکتریکی به کار رفته در سیستم‌های رایانه‌ای کوانتومی امروزی گرمایی (هرچند ناچیز) تولید می‌کنند که باعث اختلال کارکرد سیستم می‌شود.
دانشمندان به دنبال راهی برای حل این مشکل هستند. تاکنون در بسیاری از نوآوری‌های کوانتومی سعی شده است که از قطعات حاوی سیم‌های بسیار بزرگ استفاده کنند تا با افزایش تعداد کیوبیت‌ها دما را ثابت نگه دارند، اما این راه‌حل نیز محدودیت‌های خودش را دارد.
ریلی می‌گوید: «در ماشین‌های کنونی، رشته سیم‌ها به ترتیب زیبایی در کنار هم قرار می‌گیرند و سیگنال‌ها را کنترل می‌کنند. این سیم‌ها مانند یک لانه پرنده برعکس یا یک لوستر هستند».
وی گفت: «اگرچه این سیم‌ها زیبا به نظر می‌رسند، در واقع محدودیت ایجاد می‌کنند. به عبارت دیگر، نمی‌توان مقیاس ماشین‌های کوانتومی را افزایش داد زیرا گلوگاهی واقعی برای ورودی‌ها و خروجی‌ها وجود دارد».
راه‌حل رفع این گلوگاه تراشه گوس‌بری است. طبق مطالعات جدید این تراشه، یک تراشه کنترلی برودتی است و در دمای میلی کلوین عمل می‌کند که تنها کمی بالاتر از صفر مطلق است.
این ظرفیت دمایی بسیار زیاد به این معنی است که می‌توان این تراشه را به همراه پرازنده در یک محیط بسیار سرد قرار بگیرد. در این حالت، تراشه می‌تواند سیگنال‌ها را از کیوبیت‌ها به سمت دومین هسته بفرستد که بیرون این محیط در یک تانک بسیار سرد دیگر قرار دارد و در هلیوم مایع غوطه‌ور است.
در این حالت تمام سیم‌کشی‌های اضافه و گرمای تولیدی حذف می‌شوند و در نتیجه گلوگاه‌های کیوبیت که در محاسبات کوانتومی کنونی وجود دارد، به زودی از این سیستم حذف خواهد شد.
ریلی در مجله خبری دیجیتال ترندز اظهار داشت: «این تراشه پیچیده‌ترین سیستم الکرونیکی است که در این دما کار می‌کند». وی گفت: «این اولین باری است که یک تراشه دارای سیگنال‌های ترکیبی، با صدهزار ترانزیستور در دمای 1/0 کلوین (معادل منفی 49/459 درجه فارنهایت یا منفی 05/273 درجه سیلیسوس) کار می‌کند».
در نهایت این تیم انتظار دارد که در این سیستم، تراشه برودتی بتواند هزاران کیوبیت را کنترل کند و این مقدار تقریباً 20 برابر تراشه‌های کنونی است. در آینده، ممکن است رایانه‌های کوانتومی بتوانند از طریق رویکرد مشابهی در سطح گسترده دیگری کار کنند.
ریلی در مصاحبه با فایننشیال ریویو استرالیا[۳] گفت: «چرا در سطح میلیاردها کیوبیت کار نکنیم؟ هرچه کیوبیت‌ها بیشتر باشند، بهتر است».
کارشناسان می‌گویند که اگرچه ممکن است کمی زمان ببرد تا این سیستم برودتی در بیرون از آزمایشگاه عمل کند، اما بدون شک ما به دنبال راهی برای پیشرفت در محاسبات کوانتومی هستیم.
اندرو وایت[۴]، مدیر مرکز سیستم‌های کوانتومی مهندسی ای‌سی‌آر[۵]، که در این تحقیق نقشی نداشت اما ناظر تحقیقات کوانتومی در استرالیا است در مصاحبه با ای‌بی‌سی نیوز[۶] گفت: «در چند سال آینده این تراشه تحول‌آفرین خواهد بود».
وی گفت: «اگر کسی در مطالعه رایانه‌های کوانتومی، از خود این تراشه استفاده نکند، قطعا از تراشه‌ای استفاده خواهد کرد که از این نوع تراشه الهام گرفته است».
یافته‌های این تحقیق در مجله نیچر الکترونیکز[۷] شرح داده شده‌اند.
