فهرست مطالب
پژوهشگران هاروارد و MIT موفق به ساخت یک سامانه کوانتومی «تحمل خطا» با ۴۴۸ کیوبیت اتمی شدند و به پیشرفت چشمگیری در حوزه محاسبات کوانتومی دست یافتند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، این پژوهشگران نتایج کار خود را روز دوشنبه در مجله معتبر Nature منتشر کردند. این سامانه کوانتومی توانایی شناسایی و اصلاح خطاها را تا زیر یک آستانه بحرانی دارد؛ دستاوردی که می‌تواند قفل بزرگ‌ترین چالش دنیای کوانتوم را باز کند.
سال‌ها است که تصحیح خطا به عنوان سد اصلی در مسیر ساخت رایانه‌های کوانتومی کاربردی و بزرگ‌مقیاس شناخته می‌شود. علت آن نیز روشن است: کیوبیت‌ها (واحد پایه اطلاعات کوانتومی) شکننده هستند.
برخلاف بیت‌های کلاسیک که با ثباتی مثال‌زدنی «یک» یا «صفر» می‌مانند، کیوبیت‌ها ذراتی زیراتمی هستند که کوچک‌ترین نویز محیطی می‌تواند آنها را از حالت کوانتومی خارج کند و اطلاعات ذخیره‌شده را نابود سازد. این آسیب‌پذیری دقیقا همان تناقض بزرگ کوانتوم است؛ ویژگی‌هایی که قرار است توان پردازشی رایانه‌های کوانتومی را به‌طرز نمایی افزایش دهند (از جمله پدیده‌هایی مانند درهم‌تنیدگی) همان چیزهایی هستند که این سامانه‌ها را در برابر خطا به‌شدت حساس می‌کنند. پژوهشگران در بیانیه‌ای توضیح دادند: «از دیدگاه نظری، یک سامانه ۳۰۰ کیوبیتی می‌تواند بیش از شمار ذرات موجود در جهان قابل مشاهده، اطلاعات در خود جای دهد.»
سامانه پژوهشگران چگونه در برابر خطا مقاوم است؟
پژوهشگران هاروارد برای عبور از سد خطا، یک سامانه «تحمل‌خطا» با ۴۴۸ کیوبیت اتمی ایجاد کرده‌اند. این سیستم که بر پایه اتم‌های خنثی روبیدیم ساخته شده است، از مجموعه‌ای پیچیده از روش‌ها بهره می‌برد: از درهم‌تنیدگی فیزیکی و منطقی گرفته تا ترفندهای منطقی و حتی «تله‌پورت کوانتومی»، که به معنی انتقال حالت کوانتومی یک ذره به ذره دیگر بدون هیچ تماس فیزیکی است. این معماری نوآورانه اولین نمونه‌ای می‌باشد که توانسته است خطاها را زیر آستانه بحرانی نگه دارد، جایی که افزودن کیوبیت‌های بیشتر نه‌تنها خطاها را افزایش نمی‌دهد، بلکه آنها را کاهش می‌دهد. این اتفاق یک گام بلند برای توسعه محاسبات کوانتومی عظیم محسوب می‌شود.
بیشتر بخوانید: جهش بزرگ در ارتباطات کوانتومی؛ ارتباط میان کامپیوترهای کوانتومی تا ۲۰۰۰ کیلومتر
حتما بخوانید: تراشه کوانتومی نوری چین با سرعت هزار برابر GPUهای انویدیا معرفی شد
میکاییل لوکین، همکار مدیر برنامه علوم و مهندسی کوانتوم هاروارد و نویسنده ارشد مقاله توضیح داد: «برای نخستین بار، تمام اجزای لازم برای یک محاسبه کوانتومی مقیاس‌پذیر و تصحیح‌شده در یک معماری یکپارچه ترکیب شده است.»
دولف بلووشتاین، نویسنده اصلی مقاله و استاد یار کال‌تک، بر پتانسیل توسعه سیستم تاکید کرد: «چالش‌های فنی زیادی برای رسیدن به رایانه‌ای با میلیون‌ها کیوبیت باقی است، اما برای اولین بار معماری داریم که از نظر مفهومی قابل توسعه است.» او با خوش‌بینی بیان کرد: «روشن است که ساخت رایانه‌های کوانتومی کم‌خطا دیگر رؤیایی دست‌نیافتنی نیست.»
یک گام تازه در مسیر محاسبات کوانتومی
این پروژه پژوهشی، نتیجه همکاری مشترک دانشگاه‌های هاروارد و MIT است و هدایت آن را لوکین، مارکوس گراینر از هاروارد و ولادان ولتیچ از MIT بر عهده داشتند. علاوه بر این، تیم پژوهشی با محققان QuEra Computing، موسسه مشترک کوانتومی دانشگاه مریلند و موسسه ملی استانداردها و فناوری نیز همکاری دارد.
این موفقیت جدید، تازه‌ترین نقطه عطف از سلسله پیشرفت‌های گروه محسوب می‌شود. آنها در سپتامبر گذشته، مقاله‌ای دیگر در نشریه Nature منتشر کردند، که در آن سیستمی با بیش از ۳۰۰۰ کیوبیت معرفی شد؛ سیستمی که قادر بود بیش از دو ساعت فعالیت کند و چالش فنی مرتبط با از دست رفتن اتم‌ها را برطرف سازد. لوکین باور دارد که رؤیای دیرین محاسبات کوانتومی کاربردی سرانجام به واقعیت نزدیک شده است و بر این اساس گفت: «این رؤیای بزرگ که دهه‌ها ذهن بسیاری از ما را مشغول کرده بود، برای نخستین بار واقعا در دسترس است»
