حقق الكمبيوتر الكمي من Google طفرة كبيرة من خلال “الحالات السحرية”

تواجه أجهزة الكمبيوتر الكمومية مشكلة مزعجة: فهي فعالة بشكل رائع في ارتكاب الأخطاء. يمكن لهذه الآلات الرائعة أن تحل يومًا ما مشاكل من شأنها أن تجعل حتى أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة التقليدية تجثو على ركبتيها. لكن الحالات الكمومية التي تكمن وراء قوتها الحاسوبية المذهلة هي أيضًا هشة للغاية، كما أن إبقاء الأخطاء تحت السيطرة مهمة هائلة. صحيح. الآن، أظهر الخبراء في Google طريقة جديدة لجعل الحوسبة الكمومية أقل عرضة للخطأ بشكل كبير، وذلك باستخدام تقنية تحمل الاسم المناسب والمبهج “زراعة الحالة السحرية”. وكتب الباحثون في ورقة بحثية منشورة في مجلة Science: “تثبت نتائجنا تجريبيًا زراعة الحالة السحرية كحل قابل للتطبيق لواحد من أهم تحديات الحوسبة الكمومية”. إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ web-share” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen> تستمد أجهزة الكمبيوتر الكمومية قدراتها غير العادية من الفيزياء الغريبة التي تحكم الجسيمات على أصغر المقاييس. حيث تمثل البتات في الكمبيوتر الكلاسيكي المعلومات كواحدة من حالتين – 1 أو 0 – يمكن للبتات الكمومية، أو البتات الكمومية، أن تتواجد في تراكب لكليهما حتى يتم قياسهما. يؤدي القياس إلى انهيار هذا التراكب، مما يؤدي إلى نتيجة واحدة فقط نتيجة محددة. إن حساسية هذا التراكب هي نقطة قوة ونقطة ضعف في نفس الوقت. فالحالات الكمومية التي تجعل هذه الآلات قوية للغاية يمكن أن تتعطل عند أدنى تدخل من البيئة المحيطة بها، مما يؤدي إلى حدوث أخطاء يمكن أن تعرقل العمليات الحسابية بسرعة. وللحفاظ على هذه الأخطاء تحت السيطرة، تحتاج أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى أنظمة معقدة لتصحيح الأخطاء، والتي تستخدم كيوبتات فيزيائية متعددة لحماية المعلومات المشفرة في كيوبت منطقي واحد. ولكن حتى مع هذه الحماية، لا تزال هناك مشكلة أخرى من الصعب إجراء الحسابات الكمومية بشكل موثوق أكثر من غيرها. ولمعالجة هذه المشكلة، اخترع الفيزيائيون ما يسمى “الحالات السحرية” – وهي حالات كمومية معدة مسبقًا تسمح لأجهزة الكمبيوتر بإجراء عمليات كمومية صعبة دون المساس بتصحيح الأخطاء. والمشكلة في ذلك هي أنه لا يمكن استخدام كل حالة سحرية إلا مرة واحدة، لذلك يحتاج الكمبيوتر الكمي إلى إمدادات ثابتة من الحالات الجديدة. وإنشاء الحالات السحرية في حد ذاته مهمة صعبة. يمكن أن تتسلل الأخطاء أثناء إعداد الحالة السحرية، لذلك توصل الباحثون إلى يعتمد تقليديًا على تقطير الحالة السحرية، وهي تقنية تأخذ مجموعة من الحالات السحرية غير الكاملة وتعالجها لإنتاج عدد أقل من الحالات الأكثر موثوقية. إنها فعالة، ولكنها يمكن أن تتطلب أجهزة كمومية طويلة ووقت معالجة. في عام 2024، بدأ باحثو جوجل العمل على فكرة تسمى زراعة الحالة السحرية. قد يكون من المفيد التفكير في الأمر مثل الدفيئة في هذا التشبيه، سيكون تقطير الحالة السحرية مثل زراعة صوبة كاملة مليئة بشجيرات الورد، ثم استخدامها لإنتاج عدد أقل من شجيرات الورد. عينات حائزة على جوائز. على النقيض من ذلك، ستكون زراعة الحالة السحرية مثل زراعة نبات واحد فقط، والعناية به وتقليمه بعناية على طول الطريق لجعله أفضل ما يمكن أن يكون، إذا حدث خطأ في أي وقت، يتم التخلص من النبات، وتبدأ مرة أخرى ببذور جديدة. في النهاية، ينتهي بك الأمر إلى نبات واحد مذهل حقًا، ولم تكن بحاجة إلى دفيئة كاملة للوصول إلى هناك. ليست الفكرة بالضرورة هي إنتاج حالة سحرية أفضل من الطرق التقليدية، ولكن إنتاج حالة ذات جودة مماثلة باستخدام موارد أقل. شريحة Willow من Google (Google) الآن، قام فريق Google باختبار الفكرة على معالج Willow الكمي الخاص به – وكانت النتائج واعدة. باستخدام زراعة الحالة السحرية، قلل الباحثون الأخطاء في عملية التحضير بمعامل يبلغ حوالي 40، مما أدى إلى إنتاج حالات سحرية بدقة لا تقل عن 99.99 بالمائة. ومع ذلك، لتحقيق هذا المستوى من الموثوقية، كان على الباحثين تجاهل معظم محاولاتهم، والاحتفاظ بحوالي 8 فقط كان هناك خلل غريب كبير أثناء العملية مما أدى إلى اختراق صغير آخر أيضًا. جزء مهم من إظهار تقنية الكم هو إثبات نجاحها. مع الحالة السحرية المزروعة، يمثل هذا تحديًا خاصًا – كيف يمكنك قياس شيء بدقة مع وجود عدد قليل جدًا من الأخطاء؟ عندما اختبرت عالمة فيزياء الكم في جوجل، إيما روزنفيلد، تقنية الزراعة لأول مرة، بدت النتائج وكأنها تتحدى قوانين الفيزياء، حسبما ذكرت جوجل في منشور على مدونتها. لتتبع المشكلة إلى طريقة قياس دقة الحالة، كانت التقلبات الصغيرة في معدات المختبر، بما في ذلك التغيرات في درجات الحرارة، تُحدث ضوضاء جعلت النهج المعتاد للفريق غير موثوق به. وفي نهاية المطاف، طور الباحثون تقنية جديدة تسمى التصوير المقطعي بالارتداد، والتي سمحت لهم بتقييم موثوقية الحالات المزروعة دون التشوهات التي ابتليت بها قياساتهم السابقة. وأخيرًا، أثبت الفريق أنه يمكن نقل حالتهم السحرية المزروعة إلى كود تصحيح خطأ كمي أكبر – لم تكن هذه خطوة حاسمة نحو تشغيلها في الحسابات الكمومية الفعلية. لم تكن ضربة قاضية كاملة – فقد أدخل الكود الأكبر أخطاء إضافية – ولكن هذا سيكون الجزء التالي من اللغز الذي يجب معالجته. ومع ذلك، تظهر النتائج أن زراعة الحالة السحرية يمكن أن تعمل على أجهزة كمومية حقيقية، مما يوفر بديلاً واعدًا للطرق كثيفة الاستخدام للموارد التي كان على الباحثين الاعتماد عليها. طريق عملي للمنطق العالمي في المعالجات فائقة التوصيل.” تم نشر البحث في مجلة Science. تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة Peter Dockrill وتم تحريرها بواسطة Peter Dockrill. بينما نفخر بعمليتنا، نحن بشر فقط. إذا اكتشفت خطأ ما، فيرجى إخبارنا بذلك.