‍ 🔴 پیشرفت جدید شرکت DWave در محاسبات کوانتومی مقاوم به خطا با معرفی گیت تصحیح خطای دو-کیوبیتی خود

🔹شرکت D-Wave که بیشتر به‌خاطر سیستم‌های بهینه‌سازی (آنیل) کوانتومی شهرت دارد، اخیراً گام بزرگی در حوزه #محاسبات_کوانتومی_جهان‌شمول برداشته است. این شرکت با انتشار مقاله‌ای در Nature، از طراحی و اجرای یک گیت درهم‌تنیدگی دوکیوبیتی برای کیوبیت‌های دو-ریلی خود خبر داده است.

🔸کیوبیت‌های دو-ریلی (dual-rail qubits) نوعی #کیوبیت_ابررسانا هستند که اطلاعات را در دو کاواک (cavity) یا تشدیدگر مجزا ذخیره می‌کنند و به‌جای کدگذاری در سطح انرژی، اطلاعات را در حضور یا عدم حضور فوتون در هر یک از دو مسیر کد می‌کنند؛ این ویژگی آن‌ها را در برابر برخی خطاها مقاوم‌تر می‌کند.

❗نوآوری اصلی این پژوهش، تبدیل رایج‌ترین نوع خطا در این سامانه‌ها یعنی افت فوتون به یک خطای پاک‌شدنی (erasure error) است. خطای پاک‌شدنی نوعی خطاست که دقیقاً می‌دانیم در کدام مکان و زمان رخ داده و همین موضوع، تصحیح آن را بسیار آسان‌تر از خطاهای تصادفی می‌کند و سربار سخت‌افزاریِ موردنیاز برای مقاومت در برابر خطا را به‌شدت کاهش می‌دهد.

🔹گیت اجراشده که از نوع کنترل-فاز (CZ gate) است، با پروتکلی به نام Swap-Wait-Swap (SWS) کار می‌کند. در این روش، یک فوتون به‌طور موقت از کاواک به یک کوپلر ترانسمون قابل تنظیم (یک کیوبیت واسطه که نقش پل ارتباطی بین دو کاواک اصلی را ایفا می‌کند و شدت اتصال آن قابل کنترل است) منتقل می‌شود تا از اثرات تغییر بسامد شدید ( پدیده‌ای که در آن حضور یک فوتون، بسامد تشدید کیوبیت مجاور را به میزان محسوسی جابه‌جا می‌کند و برای ایجاد گیت‌های شرطی استفاده می‌شود) بهره گرفته و سپس به جای اولیه بازگردانده شود.

❗سرعت اجرای این گیت در حدود ۵۰۰ نانوثانیه است که برای یک #گیت_دو_کیوبیتی بسیار سریع محسوب می‌شود. نتایج آزمایشگاهی، فیدلیتی فیزیکی در حدود ۹۹.۹ درصد را نشان می‌دهد که عدد بسیار بالایی است. در این میان، نرخ خطای پاک‌شدنی (erasure rate) حدود ۰.۵ درصد و خطاهای باقی‌مانده از نوع پاولی کمتر از ۰.۱ درصد در هر گیت گزارش شده است.

🔸معماری جدید یک سوگیری نویز (noise bias) قوی ایجاد می‌کند؛ به‌طوری که خطاهای bit-flip تا سطح ۱۰⁻⁶ (یعنی یک در میلیون) سرکوب می‌شوند و خطاهای dephasing errors به عنوان نویز غالب باقی می‌مانند که مدیریت آن‌ها در الگوریتم‌های تصحیح خطا آسان‌تر است.

🔹شبیه‌سازی‌های عددی برای کد سطحی (surface code - یکی از قدرتمندترین و رایج‌ترین روش‌های #تصحیح_خطای_کوانتومی که کیوبیت‌ها را در یک شبکه دوبعدی می‌چیند) نشان می‌دهد که با استفاده از پارامترهای این معماری، به ازای هر واحد افزایش در فاصله کد (code distance)، نرخ خطای منطقی حدود ۱۰ برابر کاهش می‌یابد که با ضریب کاهش خطای (Λ=۱۰) نمایش داده می‌شود.

❗این دستاورد به‌معنای آن است که برای ساخت یک کیوبیت منطقی به تعداد کیوبیت فیزیکی بسیار کمتری نسبت به روش‌های معمول نیاز است و سربار پردازش کلاسیکی برای رمزگشایی نیز کاهش می‌یابد.

🔸این موفقیت، نقشه راه بلندمدت #DWave را برای محاسبات جهان‌شمول تا سال ۲۰۳۲ ترسیم می‌کند که شامل ساخت سیستمی با ۱۷ کیوبیت فیزیکی در سال ۲۰۲۶ (با کاهش ۲ برابری خطا)، ۴۹ کیوبیت در ۲۰۲۷ (کاهش ۲۰ برابری)، ۱۸۱ کیوبیت در ۲۰۲۸ (با ضریب سرکوب خطای ۲۰۰۰ برابر به عنوان یک نمونهٔ اولیه مقیاس‌پذیر) و نهایتاً رسیدن به ۱۰۰ کیوبیت منطقی تا سال ۲۰۳۲ است که قادر به اجرای بیش از یک میلیون عملیات منطقی برای کاربردهای پیشرفته‌ای چون شیمی کوانتومی، علم مواد و هوش مصنوعی کوانتومی خواهد بود.

📎 لینک خبر
‼️ لینک مقاله در Nature

🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰
🟢join: @QuantumTEQ
🌐Website
🔵LinkedIn

#اخبار