آی‌بی‌ام با ۲ میلیارد دلار، «اندرون» را برای ساخت اولین کارخانه ویفرهای کوانتومی ۳۰۰ میلی‌متری تأسیس کرد

دوران کامپیوترهای کوانتومی سفارشی و دست‌ساز رو به پایان است. در یک اقدام مهم که نشان‌دهنده صنعتی شدن فناوری کوانتومی است، آی‌بی‌ام و وزارت بازرگانی ایالات متحده توافق ۲ میلیارد دلاری را برای راه‌اندازی «اندرون»، اولین تأسیسات مستقل ساخت ویفر کوانتومی آمریکا، نهایی کردند.[1][2]

این شرکت فرعی تازه تأسیس که مقر آن در آلبانی، نیویورک است، تزریق عظیمی از سرمایه را به زیرساخت فیزیکی نسل بعدی محاسبات نشان می‌دهد. این پروژه ۱ میلیارد دلار مشوق فدرال از قانون CHIPS و علم را با ۱ میلیارد دلار سرمایه‌گذاری نقدی مشابه از سوی آی‌بی‌ام ترکیب می‌کند.[3][5]

اما اهمیت واقعی «اندرون» تنها در میزان دلاری آن نیست، بلکه در استاندارد تولید خاصی است که به حوزه کوانتوم معرفی می‌کند: ویفر ۳۰۰ میلی‌متری. با افزایش مقیاس به این اندازه استاندارد صنعتی، هدف «اندرون» این است که تولید تراشه‌های کوانتومی را از فرآیندهای کند و با حجم کم اتاق‌های تمیز دانشگاهی، به ریتم پیوسته و خودکار ساخت نیمه‌رساناهای کلاسیک تبدیل کند.[4][6]

برای درک اینکه چرا این موضوع اهمیت دارد، باید به نحوه ساخت تاریخی پردازنده‌های کوانتومی نگاه کرد. امروزه بیشتر توسعه کوانتومی متکی بر ویفرهای ۲۰۰ میلی‌متری یا کوچک‌تر است که اغلب در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی پردازش می‌شوند؛ جایی که چرخه‌های تکرار به طرز دردناکی کند و بازدهی بسیار متغیر است.[3]

جهش به ساخت ۳۰۰ میلی‌متری، یک عامل چند برابر کننده مکانیکی و اقتصادی است. طبق بخش تحقیقات آی‌بی‌ام، پردازش در این مقیاس بزرگ‌تر به مهندسان اجازه می‌دهد تا ده برابر پیچیدگی بیشتری را در یک ویفر جای دهند، در حالی که همزمان تعداد دستگاه‌هایی که در خط تولید حرکت می‌کنند، سه برابر می‌شود.[3][4]

نتیجه خالص، افزایش حیرت‌آور ۳۰ برابری در سرعت تکرار دستگاه است. وقتی محققان بتوانند مدارهای کوانتومی را سی برابر سریع‌تر آزمایش، شکست و طراحی مجدد کنند، جدول زمانی برای دستیابی به محاسبات کوانتومی در مقیاس کاربردی و تحمل‌پذیر خطا به طور چشمگیری فشرده می‌شود.[2][4]

«اندرون» طوری طراحی شده است که به عنوان یک «فاندری مستقل» (pure-play foundry) عمل کند. در دنیای نیمه‌رساناهای کلاسیک، شرکت‌هایی مانند TSMC با جدا کردن طراحی تراشه از تولید تراشه، انقلابی در صنعت ایجاد کردند. آنها کارخانه‌های چند میلیارد دلاری را می‌سازند تا شرکت‌های دیگر بتوانند به سادگی تراشه‌ها را طراحی کرده و تولید را برون‌سپاری کنند.[3][4]

تا کنون، صنعت کوانتوم فاقد این جداسازی بود. استارتاپ‌هایی که کامپیوترهای کوانتومی ابررسانا می‌ساختند، مجبور بودند مقادیر زیادی سرمایه خطرپذیر جمع‌آوری کنند، نه فقط برای طراحی پردازنده‌های خود، بلکه برای ساخت اتاق‌های تمیز بسیار تخصصی و خطوط تولید مورد نیاز برای ساخت فیزیکی آنها.[4]

«اندرون» با فعالیت به عنوان یک نهاد مستقل، خدمات تولید ۳۰۰ میلی‌متری خود را به فروشندگان رقیب سخت‌افزار کوانتومی ارائه خواهد داد. یک استارتاپ کوانتومی با در اختیار داشتن کیت‌های طراحی فرآیند (PDK) و آزمایش ویفر در خط تولید، می‌تواند طرحی را به «اندرون» ارسال کند و در ازای آن ویفرهای ابررسانای با کیفیت تولیدی دریافت کند و سال‌ها توسعه زیرساخت را دور بزند.[2][3][7]

ایجاد «اندرون» بخش اصلی یک مانور سیاست صنعتی بسیار گسترده‌تر و کاملاً محاسبه‌شده توسط دولت ایالات متحده است. ۱ میلیارد دلار اختصاص یافته به آی‌بی‌ام بخشی از سبد کوانتومی بزرگ‌تر قانون CHIPS به ارزش ۲.۰۱۳ میلیارد دلار است که بین نُه شرکت مختلف توزیع شده است.[1][6]

این توزیع، یک طبقه‌بندی عمدی در استراتژی آمریکا را آشکار می‌کند. در حالی که آی‌بی‌ام نیمی از کل بودجه را برای ساخت زیرساخت تولید اختصاصی دریافت می‌کند، شرکت GlobalFoundries مبلغ ۳۷۵ میلیون دلار برای ایجاد یک خط کسب‌وکار متمرکز بر کوانتوم برای بسته‌بندی پیشرفته و سیستم‌های کنترل برودتی دریافت می‌کند.[1][4]

مابقی بودجه به صورت سرمایه‌گذاری‌های سهام کوچک‌تر – از ۳۸ میلیون دلار تا ۱۰۰ میلیون دلار – به هفت شرکت دیگر، از جمله D-Wave، Rigetti و PsiQuantum، توزیع می‌شود. این ساختار بر شرط اصلی دولت تأکید می‌کند: اینکه سیلیکون ابررسانا، روشی که آی‌بی‌ام از آن حمایت می‌کند، در حال حاضر تنها معماری کوانتومی است که آماده استفاده از ساخت ۳۰۰ میلی‌متری در سطح تولید است.[1][6]

کیوبیت‌های ابررسانا، که متکی بر مدارهای الکتریکی خنک‌شده تا دمای نزدیک به صفر مطلق هستند، به دلیل سازگاری با تکنیک‌های تولید نیمه‌رساناهای موجود، مدت‌هاست که پیشتاز مسابقه کوانتومی بوده‌اند. تأسیسات «اندرون» در ابتدا به طور کامل بر تولید این ویفرهای کیوبیت ابررسانا و الکترونیک پشتیبان آنها تمرکز خواهد کرد.[2][6]

با این حال، فیزیک محاسبات کوانتومی همچنان به شدت نامشخص است و لایه‌ای از عدم قطعیت استراتژیک را معرفی می‌کند. در حالی که مدارهای ابررسانا در حال حاضر بیشترین قابلیت تولید را دارند، روش‌های رقیب مانند محاسبات کوانتومی یون‌های به دام افتاده، اتم‌های خنثی و فوتونیک، مزایای نظری متفاوتی در تصحیح خطا و زمان‌های همدوسی ارائه می‌دهند.[6]

اگر پیشرفتی در یکی از این معماری‌های جایگزین رخ دهد، سرمایه‌گذاری هنگفت در زیرساخت ابررسانا می‌تواند از نظر تئوری با خطر منسوخ شدن روبرو شود. دقیقاً به همین دلیل است که وزارت بازرگانی ۵۰۰ میلیون دلار باقیمانده از بسته CHIPS را به عنوان یک پوشش ریسک (Hedge) ساختاربندی کرده و سهام اقلیت را در شرکت‌هایی که به دنبال آن فیزیک‌های جایگزین هستند، خریداری کرده است.[1][4]

با وجود این عدم قطعیت، تأسیس «اندرون» بلوغ ضروری صنعت را ایجاب می‌کند. با استانداردسازی زیرلایه فیزیکی محاسبات کوانتومی، این تأسیسات به اکوسیستم گسترده‌تر اجازه می‌دهد تا تمرکز خود را از علم مواد پایه به مهندسی سیستم‌های پیشرفته و توسعه نرم‌افزار تغییر دهد.[2][7]

زمینه جهانی به فوریت این انتقال می‌افزاید. سرمایه‌گذاری ایالات متحده در بحبوحه یک رقابت بین‌المللی فزاینده برای هزینه‌کرد رخ می‌دهد، به طوری که چین حدود ۱۵ میلیارد دلار در فناوری‌های کوانتومی سرمایه‌گذاری کرده و ژاپن بیش از ۷ میلیارد دلار را به یک برنامه صنعتی‌سازی ترکیبی نیمه‌رسانا و کوانتومی اختصاص داده است.[3]

ایالات متحده با تثبیت زنجیره تأمین در آلبانی، نیویورک، در حال حرکت برای اطمینان از داخلی ماندن ابزارهای فیزیکی تولید کوانتومی است. همانطور که «اندرون» خطوط تولید خودکار خود را راه‌اندازی می‌کند، نوید می‌دهد که محاسبات کوانتومی را از یک تلاش علمی سفارشی به یک واقعیت صنعتی و مقیاس‌پذیر تبدیل کند.[2][4][5]