وبلاگ

کامپیوترهای کوانتومی نوید رسیدن به سرعت و کارایی را حتی برای سریع‌ترین ابررایانه‌های امروزی می‌دهند. با این حال، این فناوری عمدتاً به دلیل ناتوانی در خود اصلاحی، مقیاس و تجاری سازی زیادی را شاهد نبوده است. کامپیوترهای کوانتومی، بر خلاف کامپیوترهای کلاسیک، نمی توانند با کپی کردن مکرر داده های کدگذاری شده، خطاها را تصحیح کنند. دانشمندان باید راه دیگری پیدا می کردند.

اکنون، مقاله جدیدی در نیچر پتانسیل پلت فرم محاسبات کوانتومی هاروارد را برای حل مشکل طولانی مدتی که به عنوان تصحیح خطای کوانتومی شناخته می شود، نشان می دهد.

تیم هاروارد توسط متخصص اپتیک کوانتومی، میخائیل لوکین، استاد فیزیک دانشگاه جاشوا و بت فریدمن و یکی از مدیران ابتکار کوانتومی هاروارد هدایت می شود. کار گزارش شده در Nature با همکاری هاروارد، MIT و QuEra Computing مستقر در بوستون است. همچنین گروهی از مارکوس گرینر، استاد فیزیک جورج واسمر لورت نیز شامل شد.

تلاشی که در چند سال گذشته انجام شد، پلت فرم هاروارد بر روی آرایه ای از اتم های روبیدیم بسیار سرد و به دام افتاده در لیزر ساخته شده است. هر اتم به عنوان یک بیت عمل می کند – یا همان طور که در دنیای کوانتومی به آن “کیوبیت” گفته می شود – که می تواند محاسبات بسیار سریعی را انجام دهد.

نوآوری اصلی این تیم پیکربندی “آرایه اتمی خنثی” آنهاست تا بتواند با حرکت و اتصال اتم ها – که در اصطلاح فیزیک “درهم تنیدگی” نامیده می شود – به صورت پویا طرح خود را تغییر دهد. عملیاتی که جفت‌های اتم را در هم می‌پیچد، به نام دروازه‌های منطقی دو کیوبیتی، واحدهای توان محاسباتی هستند.

اجرای یک الگوریتم پیچیده روی یک کامپیوتر کوانتومی به گیت های زیادی نیاز دارد. با این حال، این عملیات پورتال بسیار مستعد خطا هستند و انباشته شدن خطاها الگوریتم را بی فایده می کند.

در مقاله جدید، این تیم عملکرد تقریباً بی عیب و نقص دروازه های درهم تنیدگی دو کیوبیتی خود را با نرخ خطای بسیار پایین گزارش می کند. آنها برای اولین بار توانایی درهم تنیدگی اتم ها با نرخ خطای کمتر از 0.5 درصد را نشان دادند. از نظر عملکرد، این عملکرد فناوری آنها را با سایر انواع پیشرو پلتفرم‌های محاسباتی کوانتومی، مانند کیوبیت‌های ابررسانا و کیوبیت‌های به دام افتاده در یون، همتراز می‌کند.

با این حال، رویکرد هاروارد به دلیل اندازه سیستم بزرگ، کنترل کارآمد کیوبیت ها و توانایی پیکربندی مجدد دینامیکی آرایش اتم ها، مزایای عمده ای نسبت به این رقبا دارد.

Simon Everd، نویسنده اول، دانشجوی دانشکده علوم و هنر هاروارد گریفین در گروه لوکین، می‌گوید: «ما دریافتیم که این پلت‌فرم دارای خطاهای فیزیکی به اندازه‌ای کم است که می‌توانید دستگاه‌های تصحیح خطا در مقیاس بزرگ را بر اساس اتم‌های خنثی تصور کنید. نرخ خطای ما اکنون به اندازه‌ای پایین است که اگر بخواهیم اتم‌ها را با هم در کیوبیت‌های منطقی دسته‌بندی کنیم – جایی که اطلاعات به صورت غیرمحلی در بین اتم‌های تشکیل‌دهنده ذخیره می‌شوند – این کیوبیت‌های منطقی تصحیح خطای کوانتومی می‌توانند حتی خطاهای کمتری نسبت به اتم‌های منفرد داشته باشند.

پیشرفت تیم هاروارد در همان شماره Nature گزارش شده است که سایر نوآوری‌ها توسط دانشجوی سابق هاروارد، جف تامپسون، اکنون در دانشگاه پرینستون، و مانوئل اندرس، همکار سابق هاروارد، که اکنون در کال‌تک است، هدایت می‌شوند. روی هم رفته، این پیشرفت ها پایه و اساس الگوریتم های کوانتومی تصحیح شده با خطا و محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ را ایجاد می کند. همه اینها به این معنی است که محاسبات کوانتومی روی آرایه های اتم های خنثی، وسعت کامل وعده خود را نشان می دهد.

لوکین گفت: «این کمک‌ها دریچه‌ای را به روی فرصت‌های بسیار ویژه در محاسبات کوانتومی مقیاس‌پذیر و زمان واقعاً هیجان‌انگیزی برای کل این حوزه در آینده باز می‌کند.

تصویر: (اسامی را وارد کنید)

در خبرنامه روزانه دوز مشترک شوید و بهترین اخبار علمی را از سراسر وب دریافت کنید که هر روز صبح مستقیماً به صندوق ورودی شما تحویل داده می شود؟ به آسانی صبح یکشنبه است.