پاکسازی حالت جادویی کوانتومی در اولین آزمایش موفقیت آمیز سخت افزار، خطاها را 40 برابر کاهش می دهد

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

کیوبیت ها، معادل کوانتومی بیت های دیجیتال، شکننده و مستعد خطا هستند. این امر ساخت کامپیوترهای کوانتومی قابل اعتماد را بسیار دشوار می کند. یکی از راه‌حل‌ها استفاده از تقطیر حالت جادویی سنتی بوده است که عیوب را برطرف می‌کند، اما بسیار نیازمند منابع است.

راه حل بالقوه دیگر کشت حالت جادویی است که یک حالت جادویی پر سر و صدا (یک حالت کوانتومی آماده شده ویژه که برای محاسبات پیشرفته لازم است) را مستقیما در یک کیوبیت محافظت شده پاک می کند. اما این رویکرد هرگز با موفقیت بر روی سخت افزار واقعی آزمایش نشده است.

با این حال، در اولین بار برای محاسبات کوانتومی، محققان هوش مصنوعی کوانتومی گوگل، کشت حالت جادویی را روی Willow، یک پردازنده ابررسانا، نشان دادند و خطاها را به طور چشمگیری کاهش داد.

بنابراین، در آزمایش خود، یک حالت جادویی پر سر و صدا را در چند کیوبیت فیزیکی کدگذاری کردند و اطلاعات کوانتومی را روی شبکه کوچکی از کیوبیت ها پخش کردند تا از آن در برابر خطا محافظت کنند.

سپس، آنها سعی کردند با استفاده از کیوبیت های کمکی، خطاهای موجود در حالت نویز را از بین ببرند تا اطلاعات را برای اشتباهات اسکن کنند بدون اینکه خود داده های ظریف را از بین ببرند.

اگر چک‌ها نقصی پیدا می‌کرد، سیستم آن تلاش را دور انداخت و دوباره شروع کرد. اگر تلاشی از هر آزمون عبور کند، حالت جادویی تصفیه شده برای پردازش بیشتر حفظ می‌شود.

نتایج، که در مجله Science منتشر شده است، قابل توجه بود. دانشمندان نوشتند: "کشت خطا را تا ضریب 40 کاهش می دهد." و این حالت‌های جادویی تصفیه‌شده را با وفاداری حداقل تقریبا 99.99 درصد به همراه داشت (معیاری برای اینکه وضعیت کوانتومی آماده‌شده چقدر با حالت مورد نظر مطابقت دارد).

بررسی چنین سطوح کوچکی از خطا به رویکرد جدیدی نیاز داشت، بنابراین دانشمندان روشی را ابداع کردند که توموگرافی بازگشتی نامیده می‌شود. این می تواند خطاهای باقی مانده را با استفاده از اندازه گیری های بسیار کمتر نسبت به روش های سنتی تشخیص دهد.

و فیلترینگ سختگیرانه بود. تنها حدود 8 درصد از تلاش‌های اولیه، هر چکی را که برای اندازه‌گیری وفاداری دولت مورد استفاده قرار می‌گرفت، گذراندند.

تیم تحقیقاتی همچنین این حالت‌های جادویی پرورش‌یافته را به یک آرایش حفاظتی بزرگ‌تر سازگار با یک کد سطحی منتقل کردند، سیستمی که برای محافظت از اطلاعات کوانتومی در برابر خطاها طراحی شده است. این نشان می‌دهد که حالت‌های کوانتومی پاک‌شده می‌توانند به کدهای بزرگ‌تر برای ذخیره‌سازی و استفاده در آینده منتقل شوند. "به طور کلی، نتایج پیوند ما نشان می دهد که اثبات اصل یک حالت جادویی در حال فرار به یک کد سودمند است."

این تحقیق به یکی از موانع مهمی که محاسبات کوانتومی را متوقف می‌کند، می‌پردازد، و آن مقدار عظیم تجهیزات اضافی مورد نیاز برای ایجاد حالت‌های ویژه برای محاسبات جهانی است. کشت با پالایش حالت های پر سر و صدا به طور مستقیم در داخل کیوبیت محافظت شده کمک می کند و به طور بالقوه منابع مورد نیاز برای تولید آنها را کاهش می دهد.

مراحل بعدی این فناوری شامل افزایش مقیاس آن برای کامپیوترهای کوانتومی بزرگتر است.

توسط نویسنده ما پل آرنولد برای شما نوشته شده است، توسط لیزا لاک ویرایش شده و توسط رابرت ایگان بررسی و بررسی شده است — این مقاله نتیجه کار دقیق انسانی است. ما برای زنده نگه داشتن روزنامه نگاری علمی مستقل به خوانندگانی مانند شما متکی هستیم. اگر این گزارش برای شما مهم است، لطفا یک کمک مالی (به ویژه ماهانه) در نظر بگیرید. به عنوان تشکر، یک حساب کاربری بدون آگهی دریافت خواهید کرد.

E. Rosenfeld و همکاران، کشت حالت جادویی روی یک پردازنده کوانتومی ابررسانا، علم (2026). DOI: 10.1126/science.aee7961

کارشناسی زیست شناسی از دانشگاه لندن. تهیه کننده مستند بی بی سی با تجربه سفر در جهان. مشاغل آزاد از جنوب اسپانیا. نمایه کامل →

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →