برای نخستین بار؛

گام بزرگ در عملکرد رایانه‌های کوانتومی برداشته شد

دانشمندان عملکردی تازه در رایانه‌های کوانتومی ارائه کرده‌اند که کشفی بزرگ برای این نوع رایانه‌ها محسوب می‌شود.

کد خبر: ۹۹۲۵۸۲

جمعه - ۰۸ بهمن ۱۴۰۰ / January 28, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان برای نخستین بار توانستند در آزمایشی نشان دهند که انواع قطعات رایانه کوانتومی روی هم از مجموع تک‌تک آن قطعات دقیق‌تر عمل می‌کنند. رایانه‌های کوانتومی به صورت مجزا از طیفی از قطعات متفاوتی ساخته شده‌اند که گاهی برخی از این قطعات ممکن است خراب شود. اما دانشمندان در این آزمایش جدید نشان دادند که آن دسته از قطعاتی که در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند، در مقایسه با سایر قطعات، کمتر مستعد بروز خطا هستند. چنین عملکردی زمانی ضروری خواهد شد که این رایانه‌ها بخواهند با هدف‌های عملی استفاده شوند. دانشمندان می‌گویند که این فناوری -که به کمک آن می‌توان محاسبات را سریع‌تر از حد تصور انجام داد- می‌تواند دنیا را تغییر دهد. اما پیش از هر چیز، آزمایش‌های اساسی دیگری از این دست باید انجام شود تا اطمینان حاصل شود که این محاسبات قابل اعتمادند.

دانشمندان در این پژوهش تعدادی کیوبیت (qubit) یا نسخه کوانتومی بیت‌ها را برداشته و آن‌ها را با هم در رشته‌ای واحد به نام «کیوبیت منطقی» قرار دادند. این آزمایش به گونه‌ای تنظیم شده بود که بتواند خطا‌ها را به‌راحتی شناسایی و تصحیح کند و همچنین با تاب‌آوری خطا [Fault tolerance]قادر باشد اشکال‌ها را به حداقل برساند. این آزمایش به دانشمندان امکان داد که نشان دهند «کیوبیت منطقی» به‌مراتب از بخش پرچالش فرایند ساخت آن قابل اعتمادتر است.

این روش، طبق انتظار در ۹۹.۴ درصد موارد کار می‌کرد؛ به‌رغم آنکه بر پایه شش عملکرد متفاوت کوانتومی انجام می‌شد که فقط در حدود ۹۸.۹ درصد موارد کارآمد بودند. این تفاوت ظاهری کوچک اگر در رایانه‌های واقعی تولید و به کار گرفته شود، پیشرفت عظیمی خواهد بود؛ با تولید رایانه‌های کوانتومی در ابعاد بزرگ‌تر و دستگاه‌های کاربردی‌تر، این خطا‌ها با هم جمع می‌شوند و می‌توانند کارایی رایانه را به‌سرعت کاهش دهد.

کریستوفر مونرو سرپرست این پژوهش، می‌گوید: «کیوبیت‌ها از یون‌های اتمی یکسان تشکیل شده‌اند که به‌تن‌هایی ذاتا بدون خطا هستند؛ اگرچه برخی اوقات، زمانی که به تعداد زیادی کیوبیت و عملگر نیاز است، خطا‌ها نیز باید کاهش پیدا کند و ساده‌تر این است که کیوبیت‌های بیشتری اضافه شود و اطلاعات به روش متفاوتی به صورت رمز درآورده شود.»

«خوبی کُدهای تصحیح خطا برای یون‌های اتمی این است که می‌توانند بسیار کارآمد باشند و به شکل انعطاف‌پذیری با کنترل‌های نرم‌افزاری روشن شوند.» رایانه‌ها نیز مانند هر دستگاه دیگری در نهایت ناگزیر به خطا می‌افتند؛ اما در فناوری‌های رایانه‌ای موجود سیستم می‌تواند خود را پایش کند و با دقتی کافی که نتایج را قابل‌اطمینان کند، این خطا‌ها را از بین ببرد.

کنت براون، استاد مهندسی برق و رایانه در دانشگاه دوک و یکی از نویسندگان این مقاله، می‌گوید: «چیزی که درباره تاب‌آوری خطا جالب است، این است که این کار دستورالعملی است مبنی بر اینکه چگونه می‌شود بخش‌های کوچک غیرقابل‌اطمینان را برداشت و به شیوه‌ای بسیار قابل‌اطمینان تبدیل کرد. تصحیح خطای کوانتومی مقاوم در برابر خطا ما را قادر می‌کند از قسمت‌های کوانتومی معیوب رایانه‌های کوانتومی بسیار قابل‌اطمینانی بسازیم.»