🟠یک گام نزدیک‌تر به رایانه‌های کوانتومی با قابلیت تصحیح خطا؛ مهار آشوب در سامانه‌ای ۱۰۰ کیوبیتی

🔹 پژوهشگران دانشگاه راتگرز (Rutgers)، شرکت #IBM و چند مؤسسه تحقیقاتی دیگر نشان داده‌اند که یک رایانه کوانتومی می‌تواند حین انجام محاسبات، حالت کیوبیت‌های خود را به‌طور مداوم بررسی کرده و با بازنشانی (Reset) آن‌ها، رفتار آشوبناک سامانه را تحت کنترل درآورد. این آزمایش یکی از بزرگ‌ترین نمایش‌های کنترل بازخوردی کوانتومی آنی (Real-time Quantum Feedback Control) محسوب می‌شود و گامی مهم در مسیر توسعه رایانه‌های کوانتومی مقاوم به خطا است.

🔸 یکی از چالش‌های اصلی #محاسبات_کوانتومی، حساسیت بالای #کیوبیت‌ها به عوامل محیطی مانند گرما، سیگنال‌های الکترومغناطیسی و نقص‌های سخت‌افزاری است که باعث تجمع خطا و کاهش اعتبار محاسبات می‌شوند. برخلاف رایانه‌های کلاسیک، اطلاعات کوانتومی را نمی‌توان به‌سادگی کپی کرد و اندازه‌گیری نیز ممکن است حالت کوانتومی را تغییر دهد. ازاین‌رو، ساخت یک رایانه کوانتومی مقاوم به خطا نیازمند توانایی شناسایی و اصلاح مکرر خطاها در حین محاسبه، بدون از بین بردن اطلاعات اصلی است؛ قابلیتی که هنوز به‌طور کامل محقق نشده است.

🔹 در این پژوهش، محققان از پردازنده ۱۵۶ کیوبیتی IBM Quantum Heron استفاده کردند و زنجیره‌ای متصل شامل حداکثر ۱۰۰ کیوبیت را تحت آزمایش قرار دادند. سامانه برای اجرای متناوب دو فرایند برنامه‌ریزی شد: نخست، درهم‌آمیختن (scramble) اطلاعات میان کیوبیت‌های مجاور که باعث گسترش آشوب در سامانه می‌شود؛ دوم، اندازه‌گیری و بازنشانی کیوبیت‌ها برای هدایت آن‌ها به یک حالت منظم و قابل‌کنترل. در مجموع، نزدیک به ۵٬۰۰۰ عملیات میان جفت‌کیوبیت‌ها و حدود ۵٬۰۰۰ عملیات اندازه‌گیری و بازنشانی انجام شد که به گفته پژوهشگران، بزرگ‌ترین نمایش موفق این رویکرد تاکنون بوده است.

❗️نتیجه کلیدی آزمایش، مشاهده یک گذار فاز (Phase Transition) میان آشوب و نظم بود. زمانی که فرایند درهم‌آمیختن اطلاعات در بیش از نیمی از مراحل اجرا می‌شد، سامانه در حالت آشوبناک باقی می‌ماند؛ اما با افزایش سهم اندازه‌گیری و بازنشانی به بیش از ۵۰ درصد، پژوهشگران توانستند کیوبیت‌ها را به سمت حالت منظم موردنظر هدایت کنند. در نزدیکی نسبت ۵۰ به ۵۰، تغییر ناگهانی رفتار کل سامانه را به دنبال داشت؛ پدیده‌ای مشابه گذار آب از حالت مایع به یخ. این نتیجه نشان می‌دهد که حتی رفتار آشوبناک یک سامانه کوانتومی بزرگ نیز می‌تواند با مداخله‌های مکرر و کنترل‌شده مهار شود.

🔸 این آزمایش همچنین پیش‌بینی نظری پژوهشگران درباره امکان کنترل آشوب کوانتومی را تأیید کرد. در حالی که شبیه‌سازی این فرایند با رایانه‌های کلاسیک به حدود 24 کیوبیت محدود بود، پردازنده IBM امکان بررسی سامانه‌هایی تا ۱۰۰ کیوبیت را فراهم کرد. نتایج با پیش‌بینی‌های نظری مطابقت نزدیکی داشتند و با افزایش اندازه سامانه، مرز میان آشوب و نظم آشکارتر شد. به گفته هاینینگ پان (Haining Pan)، از نویسندگان اصلی مقاله، این تطابق نشان می‌دهد که رفتار مشاهده‌شده صرفاً ویژگی تصادفی یک مدار کوچک نیست، بلکه پدیده‌ای جمعی در مقیاس کل سامانه کوانتومی است.

🔹 جدیدیا پیکسلی (Jedediah Pixley)، استاد فیزیک دانشگاه راتگرز و از نویسندگان ارشد پژوهش، تأکید می‌کند که برای ساخت رایانه کوانتومی مقاوم به خطا، بررسی و اصلاح حالت کیوبیت‌ها باید نه یک یا دو بار، بلکه هزاران بار در طول محاسبات تکرار شود. به گفته مایکا تاکیتا (Maika Takita)، پژوهشگر ارشد IBM، این آزمایش نشان داده است که سخت‌افزارهای کوانتومی امروزی می‌توانند هزاران عملیات کوانتومی، اندازه‌گیری و بازنشانی را در یک سامانه بزرگ هماهنگ کنند. هرچند این دستاورد به معنای تحقق کامل #تصحیح_خطای_کوانتومی نیست، اما یکی از قابلیت‌های اساسی موردنیاز برای دستیابی به رایانه‌های کوانتومی بزرگ‌تر و قابل‌اعتمادتر را به نمایش می‌گذارد.

📎 لینک خبر در Phys.org
‼️لینک مقاله در Nature Physics

🔸🔸🔸🔸🔸🔸
🔗 Website
🔗 Telegram
🔗 LinkedIn


#اخبار #فیزیک_کوانتومی