نحن نقترب خطوة أخرى من أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي يمكنها تصحيح أخطائها

أجهزة الكمبيوتر الكمومية يعد بقفزة مذهلة إلى الأمام من حيث الأداء، ولكن الكثير من هذا الوعد لا يزال بعيدًا عن الإمكانات. إن أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي لدينا اليوم هي نماذج أولية صغيرة الحجم ومحدودة نسبيًا لما قد يكون ممكنًا في النهاية.

أحد التحديات الرئيسية أمام توسيع نطاق تكنولوجيا الكمبيوتر الكمي وتوسيع نطاقها هو الحاجة إلى بناء القدرة على تحمل الأخطاء: القدرة على اكتشاف الأخطاء وإصلاحها في نفس الوقت الذي يقوم فيه الكمبيوتر بإجراء حساباته.

الآن، نشر باحثون من الولايات المتحدة دراسة جديدة في فيزياء الطبيعة وهذا يوضح جزئيًا كيف يمكن أن يعمل تصحيح الأخطاء في الوقت الفعلي. أنشأ الفريق نظامًا من مرحلتين مصممًا لإحداث الفوضى ومن ثم تصحيحها، وهي نفس الآلية الأساسية التي ستكون ضرورية لتحمل الأخطاء.

“لبناء حاسوب كمي متسامح مع الأخطاء، علينا إجراء هذه الفحوصات والتصحيحات ليس مرة واحدة أو مرتين فقط، ولكن عددًا كبيرًا من المرات أثناء العملية الحسابية.” يقول الفيزيائي جيديديا بيكسلي، من جامعة روتجرز في الولايات المتحدة.

“تعد هذه التجربة علامة بارزة على هذا الطريق. فهي تقول، حسنًا، لقد اتخذنا خطوة أخرى مهمة للوصول إلى هناك.”

تعمل أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية على البتات، والتي يتم تعيينها إما على 1 أو 0. يمكن أن تكون البتات الكمومية داخل أجهزة الكمبيوتر الكمومية 1 أو 0 أو في أي مكان بينهما (توجد في حالة تراكب)، حتى يتم قياسها – ومن هنا تأتي الترقية الأسية في الحسابات.

كما أن البتات الكمومية حساسة بشكل لا يصدق، وعرضة جدًا للتدخل من المتغيرات البيئية مثل الحرارة أو الحركة. ولهذا السبب فإن تصحيح الأخطاء مهم جدًا.

لاختبار نهجهم الجديد، استخدم الباحثون معالج IBM Quantum Heron بسعة 156 كيوبت، والذي يربط معًا ما يصل إلى 100 كيوبت في وقت واحد. تم بعد ذلك تكوين النظام بمهمتين متناوبتين: التخليط (نشر الفوضى عبر النظام)، والتحكم (إعادة ضبط الكيوبتات عند الحاجة).

“لم يكن التحدي يتمثل في قياس الكيوبت فحسب، بل في القيام بذلك بشكل متكرر بينما يستمر باقي المعالج في العمل.” يقول الفيزيائية مايكا تاكيتا، من شركة آي بي إم.

“تُظهر هذه التجربة أن الأجهزة الحالية يمكنها تنسيق العمليات الكمومية والقياسات وإعادة التعيين آلاف المرات عبر نظام كبير.”

قام الباحثون بتغيير التوازن بين التخليط وإعادة الضبط أثناء تجاربهم. عبر ما يقرب من 5000 عملية كيوبت وما يقرب من 5000 عملية فحص وإعادة تعيين، تم استئناف الطلب عندما شكلت عمليات الفحص وإعادة التعيين أكثر من نصف العمليات الإجمالية.

ومع إضافة المزيد من الكيوبتات، أصبحت نقطة التحول محددة بشكل أفضل في البيانات، وهو دليل على أن هذا تأثير كمي حقيقي وانتقال طوري، مثل تحول الماء إلى جليد بطريقة موحدة.

“أظهر الاتفاق بين التجربة والنظرية أن هذه لم تكن سمة عرضية لدائرة صغيرة. لقد كان سلوكًا جماعيًا ناشئًا عبر النظام الكمي.” يقول الفيزيائي هاينينغ بان، من جامعة فلوريدا.

لن تصبح أجهزة الكمبيوتر الكمومية أدوات منزلية قياسية مثل أجهزة الكمبيوتر العادية في أي وقت قريب، ولكنها ستساعد في مهام معالجة المعلومات عالية المستوى والمعقدة بشكل لا يصدق: اختبار تطوير الأدوية، والتنبؤ بالطقس، ومحاكاة المواد، وتشغيل الذكاء الاصطناعي، وغير ذلك الكثير.

الآن نحن نعلم أن نفس الضوابط والتوازنات الرياضية ل نظرية الفوضى – فكرة أن رفرفة أجنحة الفراشة في البرازيل يمكن أن تؤدي في نهاية المطاف إلى إطلاق إعصار في تكساس – يمكن أن تعمل في بيئة كمومية بالإضافة إلى البيئة الكلاسيكية.

سيحتاج نظام الفحص وإعادة الضبط الموضح هنا إلى الارتقاء به، باستخدام قواعد أكثر تعقيدًا، حتى يكون مفيدًا بالفعل في الحوسبة الكمومية – ولكنه يعمل كاختبار إجهاد لحلقات التغذية المرتدة التي يمكن أن تبقي الأنظمة الكمومية تعمل بسلاسة وبطريقة منظمة.

“يمكن السيطرة على السلوك الخارج عن السيطرة من خلال التدخل العشوائي، وهناك معدل محدد بدقة لحدوث ذلك”. يقول الفيزيائي جاستن ويلسون، من جامعة ولاية لويزيانا.

“لم يكن من الواضح أن هذا الانتقال بين الفوضى والسيطرة سيستمر في فيزياء الكم، لكن نتائجنا تظهر أنه سيستمر.”

وقد تم نشر البحث في فيزياء الطبيعة.

تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة فيونا ماكدونالد وتم تحريره بواسطة فيونا ماكدونالد. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا اكتشفت خطأً، يرجى اعلامنا.