یک گام به سوی بهبود عملکرد کامپیوتر کوانتومی

به گزارش موبوایران، محققان نشان دادند که یک سیستم حاوی قطعات مختلف در کامپیوتر کوانتومی خطای کمتری نسبت به عملکرد هر یک از اجزاء به‌صورت منفرد دارد.

آزمایش‌های اخیر نشان می‌دهد کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند از مجموع قطعات خود بهتر باشند. بررسی‌های انجام شده در دانشگاه مریلند ثابت می‌کند که ترکیب قطعات کامپیوتر کوانتومی لزوماً به معنی ترکیب میزان خطای آن‌ها نیست.

گروه کریستوفر مونرو به این نتیجه رسیده‌اند که ما می‌توانیم به نتایج کامپیوترهای کوانتومی حتی زمانی که قطعاتی از آن خراب می‌شوند، اعتماد کنیم. آن‌ها برای اولین بار در آزمایشی نشان دادند که مجموعه‌ای از قطعات سامانه محاسبه کوانتومی می‌تواند بهتر از بدترین قطعات مورد استفاده در ساخت آن باشد. در مقاله‌ای که آن‌ها در مجله نیچر منتشر کردند، این تیم تحقیقاتی چگونگی انجام این کار مهم را در مسیر ساخت کامپیوترهای کوانتومی قابل اعتماد و کاربردی به اشتراک گذاشتند.

پژوهشگران در آزمایش خود چندین کیوبیت را ترکیب کردند، به طوری که آن‌ها با هم به‌عنوان یک واحد به نام کیوبیت منطقی عمل کردند. این کیوبیت منطقی براساس یک کد تصحیح خطای کوانتومی ایجاد شده بود تا برخلاف کیوبیت‌های فیزیکی منفرد، خطاها به راحتی قابل تشخیص و اصلاح شوند و آن‌ها را مقاوم در برابر خطا کنند.

مونرو، که همچنین عضو مرکز مشترک اطلاعات کوانتومی و علوم کامپیوتر و استاد پارک کالج در گروه فیزیک در دانشگاه مریلند است، می‌گوید: «کیوبیت‌هایی که از یون‌های اتمی یکسان تشکیل شده‌اند، به تنهایی بسیار پاک هستند. با این حال، در برخی موارد، هنگامی که کیوبیت‌ها و همچنین عملیات زیادی مورد نیاز است، خطاها باید بیشتر کاهش یابد. زیبایی کدهای تصحیح خطا برای یون‌های اتمی این است که می‌توانند بسیار کارآمد بوده و از طریق کنترل‌های نرم‌افزاری به‌صورت انعطاف‌پذیر فعال شوند.»

این برای اولین بار است که یک کیوبیت منطقی نسبت به مرحله‌ای که خطا الزاما در آن وجود دارد، از قابلیت اطمینان بیشتری برخوردار است. با وجود این که شش عملیات کوانتومی که به‌طور جداگانه انتظار می‌رود تنها در حدود ۹۸٫۹ از زمان کار کنند، این تیم تحقیقاتی توانست کیوبیت منطقی را در حالت اولیه خود قرار دهد و آن را در ۹۹٫۴ درصد از زمان به کار گیرد.

این ممکن است تفاوت چندانی به نظر نرسد، اما مرحله‌ای مهم در تلاش برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی بسیار بزرگتر است.

این نتایج با استفاده از سیستم تله یون تیم تحقیقاتی مونرو در UMD به‌دست آمد که از حداکثر ۳۲ اتم شارژ باردار یون‌ها استفاده می‌کند که با لیزر خنک می‌شوند و بر الکترودهای روی تراشه معلق می‌شوند. هر یون با استفاده از لیزر به‌عنوان کیوبیت عمل می‌کند.

مونرو می‌گوید: «ما ۳۲ پرتو لیزر داریم و اتم‌ها مانند اردک‌های پشت سر هم هستند. هر کدام دارای پرتو لیزر کاملاً قابل کنترل خود هستند. من به این فکر می‌کنم که اتم‌ها یک سیم خطی تشکیل می‌دهند و ما آن را مانند یک سیم گیتار می‌چینیم، این واحد پردازش مرکزی ما است.»