Rutgers و IBM از کنترل بازخوردی بلادرنگ در ۱۰۰ کیوبیت خبر دادند

پژوهشگران Rutgers، IBM و چندین مؤسسه همکار می‌گویند بازخورد کوانتومی بلادرنگ را روی حداکثر ۱۰۰ کیوبیت نشان داده‌اند؛ آن هم با استفاده از اندازه‌گیری‌ها و بازنشانی‌های تکرارشونده، در حالی که پردازنده به کار خود ادامه می‌داد. بر اساس این اعلام، این کار روی یک پردازنده ۱۵۶-کیوبیتی IBM Quantum Heron انجام شده و در پژوهشی منتشرشده در Nature Physics توصیف شده است. این نتیجه به یکی از الزامات اصلی رایانش کوانتومی تحمل‌پذیر در برابر خطا می‌پردازد: توانایی پایش بخش‌هایی از یک سامانه و مداخله مکرر بدون متوقف کردن محاسبه.

چه چیزی اعلام شد

این تیم می‌گوید از یک زنجیره متصل شامل حداکثر ۱۰۰ کیوبیت روی سخت‌افزار Heron شرکت IBM استفاده کرده است تا بررسی کند آیا یک پردازنده کوانتومی می‌تواند در زمان واقعی میان دو رفتار جابه‌جا شود یا نه: درهم‌آمیختن اطلاعات میان کیوبیت‌های مجاور، و اندازه‌گیری سپس بازنشانی کیوبیت‌های منفرد برای مهار این درهم‌آمیختگی.

بر اساس این گزارش، این آزمایش در مجموع نزدیک به ۵٬۰۰۰ عملیات دوکیوبیتی و نزدیک به ۵٬۰۰۰ اندازه‌گیری و بازنشانی را در بر گرفت. پژوهشگران آن را بزرگ‌ترین نمایش موفق از این نوع کنترل مبتنی بر بازخورد تا امروز توصیف می‌کنند.

خبرنامه DesignQuantum را دریافت کنید

اخبار و مطالب توضیحی رایگان درباره رایانش کوانتومی، با پیوند هر ادعا به منبع آن. روزانه، هفتگی یا ماهانه را انتخاب کنید.

Website

نشانی ایمیل تناوبروزانههفتگیماهانه زبانEnglishEspañol简体中文हिन्दीالعربيةPortuguês (Brasil)FrançaisDeutsch日本語Русский한국어Bahasa IndonesiaTürkçeItalianoTiếng ViệtPolskiNederlandsไทยفارسیУкраїнськаবাংলাاردوKiswahiliBahasa Melayuעברית عضویت رایگان

رایگان. هر زمان با یک کلیک لغو اشتراک کنید. سیاست حفظ حریم خصوصی

Jedediah Pixley، استاد Rutgers و یکی از نویسندگان ارشد، گفت این حوزه برای رسیدن به تحمل خطا باید چنین بررسی‌ها و اصلاح‌هایی را بارها در طول یک محاسبه انجام دهد. Maika Takita، نویسنده ارشد از IBM، گفت چالش اصلی این بود که اندازه‌گیری‌ها تکرار شوند در حالی که بقیه پردازنده به کار خود ادامه می‌دهد، نه اینکه کل سامانه متوقف شود.

جزئیات فنی

این آزمایش رقابتی میان دو فرایند ایجاد کرد. یک فرایند، اطلاعات را میان کیوبیت‌های مجاور پخش می‌کرد و دینامیک‌هایی هرچه آشفته‌تر به وجود می‌آورد. فرایند دیگر، کیوبیت‌های انتخاب‌شده را اندازه‌گیری و بازنشانی می‌کرد و سامانه را به سمت یک حالت منظم که پژوهشگران تعیین کرده بودند سوق می‌داد.

با تغییر دادن بسامد وقوع هر یک از این دو فرایند، تیم رفتار آستانه‌ای مشاهده کرد. وقتی درهم‌آمیختگی بیش از نیمی از زمان رخ می‌داد، سامانه آشفته باقی می‌ماند. وقتی بررسی و بازنشانی غالب می‌شد، سامانه وارد یک رژیم منظم و قابل‌کنترل می‌شد. نزدیک به تعادلی برابر، یک جابه‌جایی کوچک در نرخ این دو فرایند، سامانه را به‌طور ناگهانی تغییر می‌داد.

به گفته پژوهشگران، این تغییر ناگهانی با تصویر یک گذار فاز همخوانی دارد: سامانه کوانتومی به‌صورت جمعی از آشوب به کنترل سوئیچ می‌کند. Haining Pan، از نویسندگان هم‌اول، گفت هرچه تیم سامانه‌های بزرگ‌تری را مطالعه کرد، این گذار با وضوح بیشتری تعریف شد و داده‌های آزمایشی با انتظارهای نظری مطابقت داشت.

این گزارش همچنین توضیح می‌دهد چرا این نتیجه برای تصحیح خطا مهم است. اطلاعات کوانتومی را نمی‌توان به‌سادگی کپی کرد و اندازه‌گیری می‌تواند حالتِ در حال محاسبه را برهم بزند. بنابراین یک ماشین عملیِ تحمل‌پذیر در برابر خطا باید بتواند در عین حفظ اطلاعات رمزگذاری‌شده، خطاها را به‌طور تکراری شناسایی و اصلاح کند.

چرا اهمیت دارد

این اعلام، نتیجه را هم یک نمایش فیزیکی و هم یک نقطه عطف در مهندسی سامانه‌ها توصیف می‌کند. از منظر فیزیک، این کار از یک پیش‌بینی نظری پشتیبانی می‌کند که مداخلات تکراری می‌توانند گذار از دینامیک‌های کوانتومی کنترل‌نشده به یک رژیم منظم و قابل‌کنترل را رقم بزنند. از منظر سخت‌افزار، این نتیجه نشان می‌دهد سخت‌افزار ابررسانای امروزی می‌تواند در سراسر یک دستگاه بزرگ، هزاران بار گیت‌های کوانتومی، اندازه‌گیری‌ها و بازنشانی‌ها را با هم هماهنگ کند.

این به آن معنا نیست که رایانش کوانتومی تحمل‌پذیر در برابر خطا محقق شده است. گزارش به‌صراحت اشاره می‌کند که هنوز هیچ‌کس یک رایانه کوانتومی تحمل‌پذیر در برابر خطا نساخته است. اما توانایی اجرای چرخه‌های تکراری اندازه‌گیری و بازنشانی در مقیاس بزرگ، یکی از مؤلفه‌های عملیاتی مورد نیاز چنین سامانه‌هایی است.

چه چیزی را باید زیر نظر داشت

پرسش بعدی این است که چنین روش‌هایی چگونه از آزمایش‌های فیزیکی کنترل‌شده به پروتکل‌های کامل تصحیح خطا منتقل می‌شوند. این مطالعه نشان می‌دهد قابلیت‌های مدار پویا در IBM می‌تواند دنباله‌های طولانی از عملیات درهم‌تنیده را روی زیرمجموعه‌های بزرگی از کیوبیت‌ها حفظ کند؛ موضوعی که برای نمایش‌های آینده کیوبیت منطقی اهمیت دارد.

این همکاری شامل پژوهشگرانی از Rutgers، IBM، the City College of New York، the CUNY Graduate Center، Iowa State University، Ames National Laboratory، Pennsylvania State University و Louisiana State University بود. همان‌طور که در این اعلام آمده، این پردازنده به تیم اجازه داد سامانه‌هایی بسیار بزرگ‌تر از حدود دو دوجین کیوبیتی را مطالعه کند که می‌توانستند روی رایانه‌های متعارف شبیه‌سازی کنند.