یک تیم بینالمللی از پژوهشگران موفق به ابداع روشی نوین برای شبیهسازی رایانههای کوانتومی مجهز به قابلیت تصحیح خطا شدهاند. این دستاورد مهم که میتواند یکی از بزرگترین موانع پیش روی توسعه رایانههای کوانتومی یعنی حساسیت بالا به اغتشاشات محیطی را برطرف کند، بر پایه نوع خاصی از کدهای تصحیح خطا به نام کدهای گاتسمن-کیتایف-پرسکیل (GKP) طراحی شده است. این پیشرفت علمی نویدبخش عصر جدیدی در محاسبات کوانتومی پایدار و قابل اعتماد است.
به گزارش ایتنا و به نقل از Interesting Engineering، رایانههای کوانتومی علیرغم وعدههای انقلابی خود برای انجام محاسبات فراتر از توان ابررایانههای کلاسیک، با چالش اساسی خطاپذیری مواجه هستند. کیوبیتها یا واحدهای پردازش اطلاعات در این رایانهها به شدت در برابر کوچکترین نویزهای محیطی مانند تغییرات دما یا لرزش آسیبپذیرند. حالا پژوهشگران با توسعه الگوریتمی برای شبیهسازی رایانههای کوانتومی با قابلیت تصحیح خطا، گامی مهم در جهت غلبه بر این مانع برداشتهاند.
انقلابی در شبیهسازی با کدهای جیکیپی (GKP)
تمرکز این پژوهش بینالمللی بر روی کدهای گاتسمن-کیتایف-پرسکیل (GKP) است؛ روشی پیشرفته که از سیستمهای ارتعاشی با سطوح انرژی متعدد برای ذخیره اطلاعات کوانتومی بهره میگیرد. این کدها پتانسیل بالایی برای تصحیح خطا در رایانههای کوانتومی دارند، اما ماهیت عمیقاً کوانتومی آنها، شبیهسازی عملکردشان را با رایانههای معمولی فوقالعاده دشوار ساخته بود.
کامرون کالکلوت، پژوهشگر فیزیک کوانتومی از دانشگاه فناوری چالمرز سوئد و نویسنده اصلی این مطالعه، در این باره توضیح داد: «ما راهی کشف کردهایم تا نوع خاصی از محاسبات کوانتومی را که روشهای پیشین در شبیهسازی آنها ناکارآمد بودند، با موفقیت شبیهسازی کنیم». این دستاورد نتیجه همکاری دانشگاههای چالمرز سوئد، میلان ایتالیا، گرانادای اسپانیا و توکیو ژاپن است.
چالش همیشگی کیوبیتها و راهحلی تازه
یکی از دلایل اصلی کندی روند تجاریسازی رایانههای کوانتومی، ناپایداری کیوبیتها و نرخ خطای بالای آنهاست. روشهای مرسوم تصحیح خطا نیازمند تعداد بسیار زیادی کیوبیت اضافی هستند که خود بر پیچیدگی سیستم میافزاید. با این حال، کدهای جیکیپی رویکردی متفاوت را پیش میگیرند که تصحیح خطا را ذاتاً آسانتر میکند.
جولیا فرینی، دانشیار فیزیک کوانتومی کاربردی در دانشگاه چالمرز و یکی از نویسندگان مطالعه، با اشاره به اهمیت این پژوهش گفت: «روشی که کدهای جیکیپی اطلاعات کوانتومی را ذخیره میکنند، تصحیح خطا در رایانههای کوانتومی را بسیار کارآمدتر میسازد. اما تا پیش از این، به دلیل پیچیدگیهای ذاتی، شبیهسازی رفتار آنها با رایانههای کلاسیک تقریباً غیرممکن بود».
مسیری هموار به سوی رایانههای کوانتومی مقاوم در برابر نویز
الگوریتم جدید توسعهیافته، این محدودیت را پشت سر گذاشته و اکنون پژوهشگران میتوانند این سیستمهای پیچیده کوانتومی را با دقت بیشتری مطالعه کنند. این موفقیت نه تنها درک ما را از پدیدههای کوانتومی عمیقتر میکند، بلکه نقشه راه روشنی برای توسعه نسل آینده رایانههای کوانتومی با قابلیت تصحیح خطا و مقاوم در برابر نویز ترسیم میکند. به این ترتیب، میتوان امیدوار بود که در آیندهای نه چندان دور، رایانههای کوانتومی پایدار و قابل اتکا، تحولی شگرف در علوم مختلف از کشف داروهای جدید تا طراحی مواد پیشرفته ایجاد کنند.
سینا علیپور
او دانشجوی رشته مهندسی کامپیوتر در مقطع کارشناسی است و فعالیت حرفهای خود را در عرصه رسانه از سال ۱۳۹۸ با یک بلاگ شخصی در حوزه فناوری آغاز کرده است. وی پس از مدتی به عنوان نویسنده آزاد در مجلههای آنلاین تکنولوژی فعالیت کرد و در حال حاضر، دبیر سرویس نقد و بررسی گجتهای هوشمند در یک مجله معتبر تکنولوژی است.
