پردازنده ۲۵۶ کیوبیتی Pasqal در یک آهنربای کوانتومی کندشدنی یافت که نظریه پیش‌بینی نکرده بود
پیش‌چاپی به رهبری Pasqal از کندی غیرمنتظره واهلش در یک آهنربای کوانتومی دوبعدی متشکل از ۲۵۶ اتم خنثی خبر می‌دهد؛ جایی که سه روش شبکه تانسوری دقت خود را از دست می‌دهند.
این صفحه از انگلیسی ترجمه شده است. نام شرکت‌ها، محصولات و پیوندهای منابع بدون تغییر باقی مانده‌اند. خواندن نسخه اصلی انگلیسی
Pasqal می‌گوید پردازنده اتم خنثای ۲۵۶ کیوبیتی‌اش رفتاری را در یک آهنربای کوانتومی دوبعدی آشکار کرده که نظریه کنونی انتظارش را نداشت. این تیم در پیش‌چاپی که با Center for Computational Quantum Physics در Flatiron Institute، دانشگاه آگسبورگ، Forschungszentrum Jülich، دانشگاه رگنسبورگ و Institut d'Optique–CNRS نوشته شده، گزارش می‌دهد که در شرایطی خاص، آهنربا پس از یک اختلال ناگهانی بسیار دیرتر از حد انتظار آرام می‌گیرد؛ آن هم در رژیمی که روش‌های پیشروی شبیه‌سازی کلاسیک دیگر با هم توافق ندارند.
چه چیزی اعلام شد
Pasqal این نتیجه را روز ۲۷ اکتبر اعلام کرد و مقاله Exploring the Relaxation Landscape of a 2D Quantum Magnet on a 256-Qubit Processor را در arXiv منتشر کرد. شرکت آن را گذاری می‌داند از به‌کارگیری پردازنده‌های کوانتومی برای بازتولید فیزیک شناخته‌شده به کشف رفتارهایی که پژوهشگران پیش‌بینی نکرده بودند. این کار ادامه پژوهشی پیشین است که در آن همین دستگاه رفتار یک بلور مغناطیسی واقعی را بازتولید کرده بود.
جزئیات فنی
در این آزمایش ۲۵۶ اتم روبیدیم-۸۷ در یک شبکه مربعی ۱۶×۱۶ چیده شدند و حالت پایه و حالت رایدبرگ هر اتم به‌عنوان کیوبیت به کار رفت. سامانه مدل آیزینگ دوبعدی در میدان عرضی را شبیه‌سازی کرد که یکی از مدل‌های مرجع مغناطیس است. پژوهشگران از حالتی کاملاً قطبیده آغاز کردند، هامیلتونی را ناگهان تغییر دادند، که «کوئنچ» نامیده می‌شود، و مشاهده کردند همبستگی‌ها در نسبت‌های مختلف میدان عرضی به شدت برهم‌کنش چگونه واهلش می‌یابند.
آن‌ها سه رژیم را شناسایی کردند. در نزدیکی گذار فاز دینامیکی، در نسبتی حدود ۲٫۵، سامانه به‌سرعت گرمایی شد. در میدان قوی ۶٫۰، روی یک فلات پیش‌گرمایی طولانی‌مدت ماند که با مدلی مؤثر از نوع XY توصیف می‌شود. در مقدار میانی ۳٫۵، واهلش به‌طور محسوسی کند شد و همبستگی‌ها مدت بسیار بیشتری از مقیاس زمانی معمول از مقادیر گرمایی دور ماندند. نویسندگان می‌نویسند که هنوز توضیح روشنی برای این کندی ندارند.
تیم برای بررسی داده‌ها آن‌ها را با سه روش شبکه تانسوری مقایسه کرد: شبکه‌های تانسوری دوبعدی، حالت‌های حاصل‌ضرب ماتریسی و شبکه‌های تانسوری درختی. هر سه روش در ابتدا با پردازنده هم‌خوان بودند و سپس هم از اندازه‌گیری‌ها و هم از یکدیگر فاصله گرفتند. نتایج پردازنده با بزرگ شدن سامانه سازگار ماند. مدل‌سازی نویز، تصحیح خطای اندازه‌گیری و شبیه‌سازی‌های دقیق روی شبکه‌های ۵×۵ این نتیجه را پشتیبانی کردند که کندی بازتاب فیزیک بس‌ذره‌ای است و نه خطای سخت‌افزاری.
چرا مهم است
اینکه سامانه‌های کوانتومی برهم‌کنش‌دار در دو بعد و دور از تعادل چگونه واهلش می‌یابند، مسئله‌ای باز و دشوار است و دقیقاً همان نوع پرسشی است که انتظار می‌رود شبیه‌سازهای کوانتومی آنالوگ در آن مفید باشند. Pasqal و همکارانش صریحاً می‌گویند که این کار برتری محاسباتی کوانتومی را نشان نمی‌دهد. در عوض، آن را شاهدی می‌دانند بر اینکه چنین پردازنده‌هایی می‌توانند ابزارهای علمی مکمل باشند، جایی که نظریه و روش‌های عددی کلاسیک با دشواری روبه‌رو هستند.
لوئیک آنریه (Loïc Henriet)، مدیر ارشد فناوری Pasqal، گفت: «ما فقط آنچه را که از پیش می‌دانیم بازتولید نمی‌کنیم، بلکه رفتارهایی را کشف می‌کنیم که انتظارشان را نداشتیم.»
چه چیزی را باید دنبال کرد
این مقاله پیش‌چاپ است؛ بنابراین گام‌های بعدی داوری همتا و تلاش گروه‌های دیگر، چه تجربی و چه محاسباتی، برای توضیح این کندی خواهد بود. نویسندگان آرایه‌های اتم رایدبرگ را سکویی کلیدی برای پرسش‌های بازی که شناسایی کرده‌اند می‌دانند و می‌گویند بهبود مداوم زمان‌های همدوسی راه را برای تحلیل‌های نظام‌مند مقیاس‌بندی با اندازه محدود و زمان محدود هموار می‌کند.
منابع
اطلاعات این صفحه از منابع زیر گرفته شده و توسط DesignQuantum گردآوری شده است.
- Pasqal's Neutral-Atom Processor Uncovers Quantum Magnet Behavior That Theory Did Not Predict (Pasqal press release) pasqal.com
- Exploring the Relaxation Landscape of a 2D Quantum Magnet on a 256-Qubit Processor (arXiv preprint) arxiv.org
- Pasqal 256-Qubit Neutral-Atom Processor Observes Unpredicted Slowdown in 2D Quantum Magnet Dynamics (Quantum Computing Report) quantumcomputingreport.com