به گزارش ساوت چاینا مورنینگ پست، تیمی به رهبری دانشگاه علم و فناوری چین اعلام کرد رایانه کوانتومی ابررسانای آنها با نام Zuchongzhi 3.2 به «آستانه تحمل خطا» رسیده است؛ نقطهای که در آن، اصلاح خطاها باعث پایدارتر شدن سامانه میشود نه ناپایدارتر و بدین ترتیب بر مشکلی دیرینه غلبه میکند که در آن خودِ فرایند تصحیح خطا خطاهای تازهای ایجاد میکرد.
پژوهش آنها که در نشریه Physical Review Letters منتشر شد، بهجای روشهای سختافزارمحور سرکوب خطا که توسط گوگل استفاده میشود، بر کنترل مبتنی بر امواج مایکروویو تکیه داشت.
این تیم در بیانیهای اعلام کرد رویکرد چینی «میتواند مسیر کارآمدتری نسبت به گوگل» برای ساخت رایانههای کوانتومی بزرگ و مقاوم در برابر خطا ارائه دهد.
این مطالعه یکی از دشوارترین مشکلات رایانش کوانتومی را هدف قرار داده است؛ انحراف کیوبیتها از حالتهای موردنظرشان و گسترش بیسر و صدای خطاها در سراسر سامانه.
رایانههای کوانتومی با بهرهگیری از قوانین فیزیک کوانتومی کار میکنند، نه منطق ساده صفر و یک رایانههای معمولی. از نظر تئوری، این ویژگی به آنها اجازه میدهد برخی وظایف مانند بهینهسازی سامانههای پیچیده یا شبیهسازی مولکولها را در عرض چند دقیقه انجام دهند؛ کارهایی که برای رایانههای امروزی هزاران سال زمان میبرد.
با این حال در عمل، این رایانهها با مانعی بنیادی روبهرو هستند: ناپایداری. اجزای سازنده آنها که «کیوبیت» نام دارند، به گرما، نویز و اختلالات بسیار کوچک محیطی بسیار حساساند و در نتیجه خطاها بهطور مداوم در حین کار عادی ظاهر میشوند.
برای مدیریت این مشکل، دانشمندان «تصحیح خطای کوانتومی» را توسعه دادند که اطلاعات را میان کیوبیتهای متعدد توزیع میکند و بهطور مکرر وجود خطا را بررسی میکند. اما این کار یک تناقض ایجاد میکند: هر کیوبیت اضافی و هر بررسی بیشتر، خود منبع جدیدی از خطا به شمار میرود.
سالها تلاش برای تصحیح خطاها باعث شد سامانهها کمتر قابل اعتماد شوند، نه بیشتر.
به همین دلیل پژوهشگران بر یک نقطه بحرانی موسوم به «آستانه تصحیح خطا» تمرکز کردند. زیر این آستانه، تصحیح خطا نتیجه معکوس میدهد و خطاهای بیشتری نسبت به آنچه حذف میکند ایجاد میکند. بالاتر از آن، معادله برعکس میشود و تصحیح خطا سود خالص به همراه دارد و به سامانهها اجازه میدهد با بزرگتر شدن پایدارتر شوند.
چین و آمریکا هر دو سرمایهگذاری زودهنگامی در «کد سطحی» برای تصحیح خطای کوانتومی انجام دادند؛ یکی از پرمطالعهترین روشها برای حفاظت از اطلاعات کوانتومی. در سال ۲۰۲۲، این تیم با استفاده از پردازنده قبلی خودZuchongzhi 2 توانست یک واحد حداقلی تصحیح خطا موسوم به کیوبیت منطقی کد سطحی با فاصله ۳ را بهعنوان اثبات اولیه مفهوم ایجاد کند.
سال بعد، گوگل این روش را با دستیابی به تصحیح خطای کد سطحی با فاصله ۵ ارتقا داد. اما در هر دو مورد، نرخ خطای نسبتاً بالای کیوبیتهای پایه مانع از عبور واقعی سامانهها از آستانه شد.
این وضعیت در فوریه تغییر کرد؛ زمانی که گوگل با استفاده از پردازنده کوانتومی Willow خود یک پیشرفت بزرگ گزارش داد. این شرکت با سرکوب نوع خاصی از خطاهای زیانبار موسوم به «نشتی» از طریق پالسهای جریان مستقیم، به نخستین تیم جهان تبدیل شد که به کیوبیت منطقی کد سطحی با فاصله ۷ در شرایط زیر آستانه دست یافته است.
با این حال، این رویکرد محدودیتهای سختی بر طراحی تراشه تحمیل میکند و با بزرگتر شدن سامانهها به سیمکشیهای پیچیدهتری در محیطهای با دمای فوقالعاده پایین نیاز دارد.
در مطالعه جدید، پژوهشگران چینی مسیر متفاوتی را برگزیدند. آنها با کار روی پردازنده ۱۰۷ کیوبیتی Zuchongzhi 3.2 روشی کاملاً مبتنی بر مایکروویو برای مهار خطاهای نشتی توسعه دادند که بهجای کنترلهای سختافزاری اضافی، از سیگنالهای مایکروویو با زمانبندی دقیق استفاده میکند.
با ترکیب این رویکرد با تصحیح خطای کد سطحی، این گروه توانستند یک کیوبیت منطقی با فاصله ۷ بسازند که با پیشرفتهترین نمایشهای گوگل از نظر مقیاس برابری میکند. آنها دریافتند که با بزرگتر شدن سامانه، نرخ کلی خطا کاهش مییابد نه افزایش.
پژوهشگران یک ضریب سرکوب خطا برابر با ۱.۴ اندازهگیری کردند؛ به این معنا که هر افزایش در اندازه کد تصحیح خطا، میزان خطا را کاهش میداد نه تشدید میکرد. این موضوع شواهد روشنی بود که نشان میداد سامانه در حال کار زیر آستانه است.
آنها افزودند رویکرد تماممایکروویوی میتواند با بزرگتر شدن رایانههای کوانتومی مزایای عملی داشته باشد. از آنجا که سیگنالهای مایکروویو را میتوان چندبخشی (multiplex) کرد و چندین سیگنال را از یک سیم عبور داد، این روش ممکن است پیچیدگی سیمکشی و بار سختافزاری را کاهش دهد؛ دو مانع بزرگ در مسیر مقیاسپذیری پردازندههای کوانتومی.
بهگفته این تیم، در مجموع این نتایج نشاندهنده مسیری انعطافپذیرتر و بالقوه مقیاسپذیرتر برای دستیابی به رایانههای کوانتومی مقاوم در برابر خطا با صدها هزار یا حتی میلیونها کیوبیت است.
منبع: scmp
