رکورد جهانی کمترین نرخ خطا در رایانش کوانتومی ثبت شد

تیمی از دانشمندان در دستاوردی بی‌سابقه موفق شدند کمترین نرخ خطای ثبت‌شده در تاریخ رایانش کوانتومی را به نام خود ثبت کنند.

به گزارش تک‌ناک، طبق نتایج مطالعه‌ای که در تاریخ ۱۲ ژوئن ۲۰۲۵ در نشریه علمی Physical Review Letters منتشر شد، پژوهشگران توانستند نرخ خطایی معادل ۰٫۰۰۰۰۱۵ درصد، یا به‌عبارت دیگر، یک خطا در هر ۶٫۷ میلیون عملیات را به ثبت برسانند؛ رکوردی که مرزهای دانش رایانش کوانتومی را جابه‌جا می‌کند.

این رقم نسبت به رکورد قبلی ثبت‌شده در سال ۲۰۱۴ – که شامل یک خطا در هر یک میلیون عملیات بود – بهبودی نزدیک به ده برابر در سرعت و دقت را نشان می‌دهد. کاهش نرخ خطا در رایانه‌های کوانتومی یکی از چالش‌های کلیدی در مسیر توسعه سامانه‌های مقیاس‌پذیر و قابل استفاده در کاربردهای واقعی به حساب می‌آید.

رایانه کوانتومی مورد استفاده در این پژوهش، برخلاف بسیاری از سامانه‌های موجود که از فوتون‌ها یا مدارهای ابررسانا برای ساخت کیوبیت‌ها بهره می‌برند، بر پایه یون‌های به‌دام‌افتاده طراحی شده است. در این روش، یون‌های کلسیم-۴۳ با استفاده از امواج مایکروویو در حالت ساعت اتمی فوق‌ریز قرار می‌گیرند و تثبیت می‌شوند.

این فناوری که در دمای اتاق آزمایش شده است، نیاز به زیرساخت‌های خنک‌کننده و پیچیده را به حداقل می‌رساند. به‌ گفته دانشمندان، استفاده از این روش علاوه‌ بر افزایش دقت، باعث ساده‌تر شدن ساختار کلی سامانه و افزایش پایداری در عملکرد شده است.

یکی از مهم‌ترین عوامل ایجاد خطا در رایانه‌های کوانتومی، وجود نویز ناشی از معماری سامانه و روش‌های کنترلی است. پژوهشگران در این پروژه، موفق شدند با توسعه الگوریتمی خاص، نویز تولیدشده توسط امواج مایکروویو را شناسایی و اصلاح کنند. این الگوریتم به‌ صورت خودکار، تغییرات دامنه و فرکانس در کیوبیت‌ها را ردیابی و اصلاح کرد و باعث کاهش بی‌سابقه خطا شد.

مولی اسمیت، دانشجوی دکترای فیزیک در دانشگاه آکسفورد و نویسنده همکار این پژوهش، در بیانیه‌ای اعلام کرد:

«با کاهش چشمگیر احتمال خطا، این پژوهش نیاز به زیرساخت‌های پرهزینه برای تصحیح خطا را به‌ شدت کاهش می‌دهد. این دستاورد می‌تواند مسیر ساخت رایانه‌های کوانتومی کوچک‌تر، سریع‌تر و کارآمدتر را هموار کند. همچنین کنترل دقیق کیوبیت‌ها برای توسعه فناوری‌هایی مانند ساعت‌های کوانتومی و حسگرهای پیشرفته مفید خواهد بود.»

در سیستم‌های رایانه‌ای کوانتومی رایج، بخش قابل‌ توجهی از کیوبیت‌ها تنها برای تصحیح خطا مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما با کاهش نرخ خطای گیت‌های تک‌کیوبیتی به میزان نزدیک به صفر، نیاز به چنین کیوبیت‌های اضافه‌ای به‌طرز چشمگیری کاهش می‌یابد.

با وجود این پیشرفت چشمگیر، پژوهشگران اذعان دارند که هنوز برخی چالش‌های کلیدی پابرجا هستند. مهم‌ترین آنها، نرخ به نسبت بالای خطا در گیت‌های دو-کیوبیتی است، که در حال حاضر حدود یک خطا در هر ۲۰۰۰ عملیات برآورد می‌شود. این مسئله، مانعی در مسیر اجرای الگوریتم‌های پیچیده‌تر کوانتومی است، که نیاز به تعامل چندین کیوبیت دارند.