چین با فناوری مایکروویوی انحصار گوگل را به چالش کشید

پژوهشگران دانشگاه علم و فناوری چین (USTC) با توسعه یک روش نوآورانه مبتنی بر امواج مایکروویو برای اصلاح خطا در رایانه‌های کوانتومی به یکی از مهم‌ترین آستانه‌های مقیاس‌پذیری در این حوزه دست یافته‌اند؛ دستاوردی که آنها را پس از گوگل، به دومین گروهی تبدیل می‌کند که موفق به تحقق کیوبیت منطقی با کد سطحی فاصله-۷ شده‌اند، آن هم با رویکردی کارآمدتر و عملی‌تر.

به گزارش interesting engineering، رایانه‌های کوانتومی با تکیه بر کیوبیت‌ها که برخلاف بیت‌های کلاسیک می‌توانند به‌طور هم‌زمان مقادیر صفر و یک و حالات بینابینی را در خود داشته باشند نوید جهشی چشمگیر در توان محاسباتی نسبت به سریع‌ترین ابررایانه‌های امروزی می‌دهند. با این حال یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در این مسیر بروز خطا‌های محاسباتی در طول عملیات کوانتومی است؛ مشکلی که می‌تواند کل فرآیند محاسبه را مختل کند.

دانشمندان برای مقابله با این چالش از روش‌های مختلف اصلاح خطا اعم از سخت‌افزاری، نرم‌افزاری یا ترکیبی از هر دو استفاده می‌کنند. در برخی رویکرد‌ها با افزودن کیوبیت‌های بیشتر تلاش می‌شود اطلاعات میان چندین کیوبیت توزیع شود اما این راهکار خود می‌تواند احتمال بروز خطا‌های جدید را افزایش دهد.

آستانه اصلاح خطا؛ نقطه تعیین‌کننده مقیاس‌پذیری

به همین دلیل تمرکز اصلی پژوهشگران بر مفهومی کلیدی به نام آستانه اصلاح خطا قرار دارد؛ نقطه‌ای که تنها پس از عبور از آن، سازوکار‌های اصلاح خطا واقعا موجب افزایش پایداری سامانه می‌شوند. اگر نرخ خطا بالاتر از این آستانه باشد اصلاح خطا نه‌تنها مفید نیست بلکه می‌تواند خطا‌های بیشتری تولید کند. دستیابی و حفظ عملکرد زیر این آستانه شرط اساسی برای توسعه رایانه‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ به شمار می‌رود.

ایالات متحده و چین به‌عنوان پیشگامان جهانی رایانش کوانتومی سرمایه‌گذاری گسترده‌ای روی کد سطحی انجام داده‌اند که پرکاربردترین روش اصلاح خطای کوانتومی محسوب می‌شود. در سال ۲۰۲۲ تیمی از پژوهشگران USTC به رهبری فیزیکدان کوانتومی، پان جیان‌وی برای نخستین‌بار موفق به نمایش یک واحد حداقلی اصلاح خطا با دستیابی به کیوبیت منطقی با کد سطحی فاصله-۳ شدند. یک سال بعد گوگل این دستاورد را با تحقق کد سطحی فاصله-۵ ارتقا داد.

اوایل سال جاری میلادی پردازنده کوانتومی ویلو گوگل موفق شد به کیوبیت منطقی با کد سطحی فاصله-۷ دست یابد و نشان دهد که با افزودن کیوبیت‌ها نرخ خطا به‌صورت نمایی کاهش می‌یابد. با این حال این دستاورد مستلزم محدودیت‌های شدید در طراحی تراشه و سیم‌کشی بسیار پیچیده در محیط‌های فوق‌سرد بود.

برتری رویکرد مایکروویوی چین

به گفته تیم پان که نتایج خود را با روزنامه ساوت چاینا مورنینگ پست در میان گذاشته‌اند، پژوهشگران چینی در مطالعه‌ای جدید به‌جای تکیه بر کنترل‌های سخت‌افزاری از یک روش کاملا مبتنی بر امواج مایکروویو برای مهار خطا‌ها استفاده کرده‌اند. آنها با به‌کارگیری اصلاح خطای کد سطحی موفق به تحقق کیوبیت منطقی فاصله-۷ شدند؛ دستاوردی هم‌تراز با گوگل.

این تیم همچنین به ضریب سرکوب خطای ۱.۴ دست یافت؛ شاخصی که نشان می‌دهد با افزایش اندازه سامانه اصلاح خطا میزان خطا کاهش می‌یابد. چنین نتیجه‌ای حاکی از آن است که توسعه رایانه‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ از نظر فنی امکان‌پذیر است.

مزیت کلیدی این رویکرد آن است که برخلاف روش گوگل محدودیت‌های سخت‌گیرانه‌ای بر طراحی تراشه تحمیل نمی‌کند. از آنجا که سیگنال‌های مایکروویو قابلیت چندبخشی‌شدن و ارسال از طریق یک سیم مشترک را دارند، پیچیدگی سیم‌کشی و هزینه‌های سخت‌افزاری به‌طور قابل توجهی کاهش می‌یابد؛ عاملی که مسیر ساخت رایانه‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر را هموارتر می‌کند.

به گفته پژوهشگران این نتایج نشان می‌دهد که در آینده دستیابی به رایانه‌های کوانتومی مقاوم در برابر خطا با حتی میلیون‌ها کیوبیت دور از دسترس نخواهد بود.

نتایج این پژوهش در نشریه معتبر Physical Review Letters منتشر شده است.

انتهای پیام/