اولین رایانه کوانتومی مقاوم در برابر خطا امسال عرضه می‌شود (+عکس)

 اولین رایانه کوانتومی تجاری مقاوم در برابر خطا که مجهز به کیوبیت‌های منطقی است، احتمالا پیش از پایان سال جاری میلادی کار خواهد کرد.

به نقل از اسپیس، کیوبیت‌های منطقی، بیت‌های کوانتومی فیزیکی یا کیوبیت‌هایی هستند که از طریق درهم‌تنیدگی کوانتومی به هم متصل می‌شوند. آنها با ذخیره کردن داده‌های مشابه در مکان‌های متفاوت، میزان خطا را در رایانه‌های کوانتومی کاهش می‌دهند. این امر باعث ایجاد تنوع در نقاط شکست هنگام اجرای محاسبات می‌شود.

به گزارش ایسنا، نمایندگان استارت‌آپ «کوئرا»(QuEra) در ماساچوست که این رایانه کوانتومی را می‌سازد، در بیانیه‌ای اعلام کردند دستگاه جدید دارای 256 کیوبیت فیزیکی و 10 کیوبیت منطقی است و در اواخر سال 2024 عرضه می‌شود.

این بیانیه به دنبال پژوهش جدیدی منتشر شد که در ششم دسامبر 2023 در مجله «نیچر»(Nature) به چاپ رسید و در آن، پژوهشگران «دانشگاه هاروارد»، استارت‌آپ کوئرا و چندین مؤسسه دیگر، یک رایانه کوانتومی کارآمد را معرفی کردند. رایانه کوانتومی معرفی‌شده حاوی 48 کیوبیت منطقی بود که بیشترین تعداد کیوبیت‌های منطقی آزمایش‌ شده تا به امروز است.

«هری ژو»(Harry Zhou) فیزیکدان استارت‌آپ کوئرا و دانشگاه هاروارد گفت: این اولین دستگاه با قابلیت تصحیح خطای کوانتومی است. اگرچه این رایانه به تنهایی قدرت کافی را برای سودمند بودن ندارد اما پلتفرمی را فراهم می‌کند که برنامه‌نویسان نرم‌افزار به کمک آن می‌توانند آزمایش کردن رمز را برای رایانه‌های کوانتومی آینده آغاز کنند.

تصحیح خطا در محاسبات کوانتومی

در حالی که رایانه‌های معمولی اطلاعات را در بیت‌هایی با مقدار صفر یا یک ذخیره می‌کنند، رایانه‌های کوانتومی از کیوبیت‌هایی استفاده می‌کنند که به لطف قوانین مکانیک کوانتومی، برهم‌نهی بین صفر و یک را شامل می‌شوند.

همچنین، کیوبیت‌ها می‌توانند با استفاده از درهم‌تنیدگی کوانتومی به هم متصل شوند تا به طور همزمان در چندین حالت وجود داشته باشند. این کار به آنها امکان می‌دهد تا بسیاری از محاسبات را بسیار سریع‌تر از رایانه‌های کلاسیک انجام دهند.

با وجود این، کیوبیت‌ها به راحتی می‌توانند مختل شوند و این امر باعث می‌شود که آنها به شدت مستعد خطا باشند. تقریبا در هر 1000 بیت، یکی از آنها خراب می‌شود. این مقدار در رایانه‌های معمولی، یک در یک میلیارد بیت است.

اگر رایانه‌های کوانتومی میلیون‌ها کیوبیت را در خود جای دهند، می‌توانند از بهترین ابررایانه‌ها پیشی بگیرند اما بزرگترین رایانه کوانتومی که تاکنون ساخته شده است، تنها حدود 1000 کیوبیت دارد و میزان شکست بالای کیوبیت‌ها، افزایش بالقوه را محدود می‌کند. تصحیح خطا می‌تواند تمایل کیوبیت‌ها را به شکست خنثی کند و ساخت کیوبیت‌های منطقی یکی از راه‌های تحقق یافتن آن است.

کیوبیت‌های منطقی

به گفته ژو، سیستم جدید تصحیح خطا بر افزونگی داده‌ها تکیه دارد که طی آن، یک قطعه داده در چندین مکان ذخیره می‌شود. کیوبیت‌های منطقی، محاسبات یکسانی را در چندین کیوبیت فیزیکی انجام می‌دهند. در صورت شکست یک یا چند کیوبیت فیزیکی، آنها میزان خطا را به شدت کاهش می‌دهند زیرا داده‌ها در جای دیگری در دسترس هستند و بدین ترتیب، محاسبات می‌توانند ادامه پیدا کنند.

پژوهشگران برای ساخت کیوبیت منطقی، رمزهای رایانه‌ای تصحیح‌کننده خطا را روی کیوبیت‌های معمولی اعمال کردند. آنها در مرحله بعد، دروازه‌ها یا مدارهای منطقی را بین کیوبیت‌ها تنظیم می‌کنند تا آنها به هم متصل شوند. سپس رایانه کوانتومی، به بررسی این موضوع می‌پردازد که آیا احتمالا خطا رخ داده است یا خیر. رایانه کوانتومی با استفاده از این اطلاعات، خطاها را تصحیح می‌کند و به مرحله بعد می‌رود.

کیوبیت‌های جدید نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی نسبت به تلاش‌های گذشته هستند. در سال 2023، «آزمایشگاه هوش مصنوعی کوانتومی گوگل» با استفاده از سه کیوبیت منطقی، میزان خطای 2.9 درصدی را نشان داد. میزان خطای رایانه کوانتومی استارت‌آپ کوئرا، درصد 0.5 با 48 کیوبیت منطقی است. «دانشگاه آکسفورد» یک پیشرو در این زمینه به شمار می‌رود که به میزان خطای کمتر از 0.01 درصد دست یافته اما این دستاورد فقط بین دروازه‌های دو کیوبیت بوده است.

سال گذشته، شرکت «آی‌بی‌ام»(IBM) نیز فناوری تصحیح خطا را در تراشه 127 کیوبیتی «هرون»(Heron) خود نشان داد که میزان خطا را در مقایسه با سایر تراشه‌های این شرکت تا پنج برابر کاهش می‌دهد اما انتظار نمی‌رود که اولین دستگاه تجاری مقاوم در برابر خطا تا سال 2029 آماده شود.

کوئرا قصد دارد چندین رایانه کوانتومی را در سال‌های آینده عرضه کند که با عرضه یک دستگاه 3000 کیوبیتی با 30 کیوبیت منطقی در سال 2025 آغاز می‌شود. هیولای آن، رایانه‌ای با بیش از 10 هزار کیوبیت فیزیکی و 100 کیوبیت منطقی خواهد بود که عرضه آن برای سال 2026 برنامه‌ریزی شده است. ژو گفت: رایانه 2026 می‌تواند در 100 کیوبیت منطقی، محاسبات درستی را انجام دهد که از توانایی ابررایانه‌های امروزی فراتر می‌رود.