وتثبت تجربة أجراها مايكل ديفوريت من جامعة ييل ذلك
ما هي الكيوبتات؟
تأتي المعلومات في الحوسبة الكلاسيكيةعلى شكل بتات تقابل الآحاد أو الأصفار. وفي الحوسبة الكمومية، يتم تخزينها في أجهزة خاصة ذات خصائص كمومية، تُعرف باسم البتات الكمومية أو “الكيوبتات”.
جهاز IBM 7 Qubit. الصورة: فليكر
في مختبر بجامعة ييليتم إنشاؤها من دوائر فائقة التوصيل يتم تبريدها إلى درجات حرارة أقل 100 مرة من درجات الحرارة في الفضاء الخارجي. يمثل كل كيوبت واحدًا أو صفرًا، أو، بشكل غريب، واحدًا وصفرًا في نفس الوقت. يعد هذا "التوازي الكمي" أحد الخصائص التي تسمح لأجهزة الكمبيوتر الكمومية بإجراء العمليات الحسابية. من المحتمل أن يكون ذلك أسرع بعدة مرات مما هو ممكن في أجهزة الكمبيوتر العملاقة الكلاسيكية.
ما هي مشكلة الحوسبة الكمومية؟
ومع ذلك، فإن الأنظمة الكمومية هشة.تطاردهم الظاهرة الأساسية لفك الترابط - وهي العملية التي تفقد فيها المعلومات المخزنة في الكيوبت خصائصها الكمومية بسرعة نتيجة لتفاعلها مع البيئة. وبعبارة بسيطة، فإن أي تدخل من البيئة الخارجية يتداخل مع عمل هذه الأنظمة، مما يجعلها مستحيلة. وهذا يمنع استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية في كل مكان.
هناك حل، لكنه ليس بهذه البساطة
تصحيح الخطأ الكمي، وهو نظريااكتشف في عام 1995، ويوفر وسيلة لمكافحة هذا الترابط. إنه يحمي البت الكمي من المعلومات عن طريق تشفيره في نظام أكبر مما هو ضروري عمومًا لتمثيل كيوبت واحد.
معالج IBM 16 Qubit. الصورة: فليكر
ومع ذلك، فإن هذا النظام الأكبر له تأثيرأصبحت البيئة أكثر عدوانية، والكيوبت المشفر أكثر هشاشة. وبسبب هذا التأثير والتعقيدات المرتبطة بمكونات تصحيح الأخطاء الإضافية، فإن هذه العملية لم تعمل على إطالة عمر البت الكمي عمليًا. ويقول الباحثون إنه في الواقع، فإن التعادل مع الكيوبت غير المصحح هو حدث نادر. وخلافًا للوعود النظرية، في معظم التجارب، يؤدي تصحيح الخطأ إلى تسريع عملية فك ترابط المعلومات الكمومية.
ماذا فعل العلماء؟
خلال التجربة، أظهر العلماء لأول مرةأن زيادة تكرار النظام والكشف النشط وتصحيح الأخطاء الكمومية يضمن زيادة استقرار المعلومات الكمومية. "تثبت تجربتنا أن تصحيح الخطأ الكمي هو أداة حقيقية وعملية. يوضح الفيزيائي: "هذا أكثر من مجرد عرض لهذا المبدأ".
تمكنت مجموعة من العلماء من مضاعفة عمر المعلومات الكمومية. واستمرت الكيوبتات الخاصة بتصحيح الأخطاء لمدة 1.8 مللي ثانية، وفي الحوسبة الكمومية، كل شيء يحدث بسرعة.
لقد حققوا النتائج باستخدام الكودبرنامج تصحيح الأخطاء، الذي تم اختراعه عام 2001. "نعم، في مجالنا هناك تأخيرات بين المقترحات النظرية وتنفيذها العملي"، يوضح مايكل ديفوريت.
رسم توضيحي للكيوبتات. الائتمان: جامعة ييل
صرح بذلك فلاديمير سيفاك، المؤلف الرئيسي للمقالتم تحقيق الأداء جزئيًا من خلال استخدام وكيل التعلم الآلي. قام بتخصيص عملية تصحيح الأخطاء لتحسين النتيجة.
"لا يوجد اختراق واحدسمح لنا بالحصول على هذه النتيجة. في الواقع، إنه مزيج من التقنيات المختلفة التي تم تطويرها خلال السنوات القليلة الماضية. لقد جمعنا في هذه التجربة شرحًا لطالب في مختبر ديفوريت، وهو الآن باحث في Google.
لماذا هو مهم جدا؟
النجاح العملي للحوسبة الكمومية سيكونتعتمد على القدرة على إنشاء بتات كمومية عالية الجودة باستخدام تصحيح الأخطاء الكمومية. تجربة جديدة تؤكد الافتراض الأساسي حول الحوسبة الكمومية؛ من خلال مضاعفة عمر الكيوبت، أثبت الباحثون نظرية أساسية في فيزياء الكم. وخلص مؤلفو الدراسة إلى أن "هذا أمر مشجع للغاية".
قراءة المزيد:
وجدت طريقة لخفض نسبة السكر في الدم بدون حقن الأنسولين
يعتقد العلماء أن شكل الكون ليس ما يعتقده الجميع
أظهرت مروحية ناسا غروب الشمس على سطح المريخ. لا تبدو مثل الأرض.
رسم توضيحي للغلاف: geralt