پیاده‌سازی گیت جهان شمول با یک یون به‌دام‌افتاده

عنوان خبر: پیاده‌سازی گیت جهان شمول با یک یون به‌دام‌افتاده
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی،

تاریخ انتشار خبر: 19 آگوست 2025
لینک خبر: The Quantum Insider

چکیده:

پژوهشگران دانشگاه سیدنی با همکاری استارتاپ کوانتومی Q-CTRL رویکردی کارآمد از نظر سخت‌افزاری برای محاسبات کوانتومی مقاوم در برابر خطا را با استفاده از کدهایGKP  به‌طور تجربی نشان داده‌اند. این پژوهش نخستین تحقق فیزیکی یک مجموعه گیت جهانی شمول برای کیوبیت‌های GKP را نشان میدهد. در روش‌های متداول، یک کیوبیت منطقی در تعداد زیادی کیوبیت فیزیکی رمزگذاری میشود که نیاز به سخت‌افزار عظیم دارد. در مقابل، تیم سیدنی توانست دو کیوبیت منطقی را در حالت‌های ارتعاشی یک یون ایتربیم منفرد به دام‌افتاده رمزگذاری کند و به‌طور چشمگیری نیاز به منابع را کاهش دهد. با بهره‌گیری از نرم‌افزار کنترلی پیشرفته Q-CTRL، آن‌ها عملیات درهم‌تنیدگی را انجام دادند و در عین حال ساختار حساس GKP را حفظ کردند. این دستاورد نشان میدهد محاسبات کوانتومی مقیاس‌پذیر و تصحیح شده از خطا ممکن است با منابع فیزیکی بسیار کمتر از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد، قابل دستیابی باشد.

شرح کامل خبر:

پژوهشگران دانشگاه سیدنی با همکاری دانشمندان شرکت Q-CTRL به دستاورد مهمی در حوزه‌ی محاسبات کوانتومی کارآمد از نظر سخت‌افزاری رسیدند. آن‌ها برای نخستین بار در آزمایش، یک گیت منطقی کوانتومی جهان شمول را با استفاده از کدهای تصحیح خطای گوتسمن–کیتایف–پرسکیل (GKP) که در یک یون به دام افتاده کدگذاری شده بودند، پیاده‌سازی کردند. نتایج این کار در نشریه Nature Physics منتشر شده و نخستین تحقق فیزیکی یک مجموعه گیت جهان شمول برای کیوبیت‌های GKP به شمار می‌رود؛ موضوعی که پیش‌تر صرفاً در حد نظریه باقی مانده بود.

یکی از چالش‌های بنیادین در محاسابت کوانتومی، شکنندگی کیوبیت‌ها است؛ حالت‌های کوانتومی به سرعت دچار خطا می‌شوند و محاسبات را از بین می‌برند. روش‌های متداول تصحیح خطا، یک کیوبیت منطقی را در تعداد زیادی کیوبیت فیزیکی کدگذاری می‌کنند، اما این کار نیاز سخت‌افزاری را به شدت افزایش می‌دهد. کدهای GKP که به “سنگ‌روزتا” یا “Rosetta stone” تصحیح خطای کوانتومی شهرت دارند، راه‌حلی فشرده‌تر ارائه می‌دهند: این کدها نوسانات پیوسته‌ی سیستم‌های کوانتومی را به حالت‌های شبکه‌ای و گسسته نگاشت می‌کنند که پایدارتر و قابل تصحیح‌تر هستند. با وجود مزایای نظری شناخته‌شده، پیاده‌سازی عملی آن‌ها تاکنون بسیار دشوار بوده است.

تیم سیدنی با بهره‌گیری از ارتعاشات هارمونیک طبیعی یک یون ایتربیم به دام افتاده در تله‌ی پائول و کنترل‌شده با لیزر، بر این مانع غلبه کرد. آن‌ها دو کیوبیت منطقی را در مُدهای ارتعاشی این یون کدگذاری کرده و با طراحی دقیق گیت‌ها، درهم‌تنیدگی میان آن‌ها را نشان دادند. این سطح از کنترل نه تنها به مهارت آزمایشگاهی، بلکه به نرم‌افزار کنترل کوانتومی Q-CTRL نیز متکی بود که گیت‌هایی طراحی می‌کند تا ساختار حساس کد GKP حین عملیات حفظ شود.

با ذخیره‌ی دو کیوبیت منطقیِ قابل تصحیح خطا در یک اتم و نشان دادن گیت‌های درهم‌تنیدگی میان آن‌ها، پژوهشگران نیاز به تعداد بالای کیوبیت‌های فیزیکی را به‌شدت کاهش دادند. این برنامه‌ی آزمایشی سه‌مرحله‌ای نشان داد که کنترل دقیق حرکت ارتعاشی یون‌ها می‌تواند پایه‌ای برای عملیات مقیاس‌پذیر کوانتومی باشد.

این دستاورد نشان می‌دهد که ساخت رایانه‌های کوانتومی با مقیاس بزرگ‌ ممکن است با منابعی بسیار کمتر از پیش‌بینی‌های قبلی امکان‌پذیر شود و مسیری کلیدی به سوی پردازش اطلاعات کوانتومیِ عملی و خطاپذیر فراهم می‌کند.

منابع:

[1] https://thequantuminsider.com/2025/08/21/university-of-sydney-team-demonstrates-compact-quantum-logic-gate-using-gkp-codes/

[2] https://www.nature.com/nphys/

دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.