چین به آستانهی مقاومت به خطا در محاسبات کوانتومی ابررسانا دست یافت
عنوان خبر: چین به آستانهی مقاومت به خطا در محاسبات کوانتومی ابررسانا دست یافت
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی، تصحیح خطای کوانتومی
تاریخ انتشار خبر:26 دسامبر 2025
لینک خبر: The Quantum Insider
چکیده:
پژوهشگران چینی موفق شدهاند تصحیح خطای کوانتومیِ مقاوم به خطا و زیر آستانه را روی یک پردازندهی ابررسانای ۱۰۷ کیوبیتی نشان دهند؛ دستاوردی که نخستین نمونه از این نوع در خارج از ایالات متحده به شمار میرود و فاصلهی عملکردی با گوگل را کاهش میدهد.
این پژوهش روی سیستم Zuchongzhi 3.2 صورت گرفتهاست. در این کار، پژوهشگران با استفاده از یک رویکرد کاملاً مبتنی بر کنترل مایکروویوی، یک کیوبیت منطقی با کُد سطحی فاصلهی ۷ را پیادهسازی کردند و نشان دادند که با افزایش اندازهی کد، نرخ خطای منطقی کاهش مییابد؛ نشانهای کلیدی از عملکرد سیستم در زیر آستانهی تصحیح خطا. آنها ضریب سرکوب خطایی در حدود ۱٫۴ گزارش کردند که نشان میدهد هر لایهی حفاظتی افزودهشده، بهجای ایجاد خطای بیشتر، پایداری سیستم را افزایش میدهد.
برخلاف نمایش اخیر گوگل که برای مهار خطاهای نشتی به خطوط کنترلی جریان مستقیم (DC) و سختافزار اضافی متکی بود، تیم چینی از پالسهای مایکروویوی با طراحی دقیق برای مدیریت نشتی و بازنشانی کیوبیتهای کمکی استفاده کرد. این روش از افزایش سیمکشی و پیچیدگی سختافزاری جلوگیری میکند؛ مسائلی که از موانع اصلی مقیاسپذیری رایانههای کوانتومی ابررسانا در محیطهای کرایوژنیک به شمار میروند. این نتیجه تأیید میکند که سرکوب نشتی مبتنی بر مایکروویو میتواند عملکردی پایدار و مقیاسپذیر برای کُدهای سطحی فراهم کند و همزمان مهندسی سیستم های کوانتومی بزرگتر را سادهتر سازد. هرچند این دستاورد هنوز فاصلهی زیادی با میلیونها کیوبیت موردنیاز برای کاربردهای عملی دارد، اما گامی مهم در مسیر تحقق محاسبات کوانتومی مقیاسپذیر و مقاوم به خطا به شمار میآید..
شرح کامل خبر:
پژوهشگران چینی به یک دستاورد مهم در حوزهی محاسبات کوانتومی ابررسانا دست یافتهاند و برای نخستینبار تصحیح خطای کوانتومیِ مقاوم به خطا (fault-tolerant) زیر آستانه را با استفاده از یک رویکرد کاملاً مبتنی بر کنترل مایکروویوی نشان دادهاند. این پژوهش که به سرپرستی گروه «پان جیانوی» در دانشگاه علم و فناوری چین (USTC) انجام شده، روی پردازندهی ۱۰۷ کیوبیتی Zuchongzhi 3.2 پیادهسازی شده و نتایج آن در مجلهی Physical Review Letters منتشر شده است. این نخستینبار است که چنین نقطهعطفی خارج از ایالات متحده محقق میشود و این دستاورد فاصلهی عملکردی چین با گوگل را بهطور محسوسی کاهش میدهد.
تصحیح خطای کوانتومی به این دلیل ضروری است که کیوبیتهای فیزیکی بهشدت نسبت به نویزهای محیطی، مانند نوسانات حرارتی و سیگنالهای الکترومغناطیسی ناخواسته، حساس هستند. این اغتشاشها باعث ایجاد خطاهایی میشوند که در طول محاسبات بهسرعت تجمع مییابند. روش «کُد سطحی» (surface code)، که در حال حاضر پیشروترین طرح برای کیوبیتهای ابررسانا محسوب میشود، اطلاعات منطقی را روی تعداد زیادی کیوبیت فیزیکی توزیع کرده و بهطور مداوم خطاها را پایش میکند. با این حال، در سالهای اولیه، بسیاری از پیادهسازیها خود باعث ایجاد خطاهای بیشتر از میزان خطاهای اصلاحشده میشدند. ازاینرو، رسیدن به رژیم آستانه اهمیت اساسی دارد؛ جایی که با بزرگتر شدن کد تصحیح خطا، نرخ خطای منطقی کاهش مییابد و امکان مقیاسپذیری فراهم میشود.
چین و ایالات متحده هر دو سرمایهگذاری قابلتوجهی روی تصحیح خطا با کد سطحی انجام دادهاند. در سال ۲۰۲۲، گروه پان با استفاده از پردازندهی پیشین خود، Zuchongzhi-2، یک کد سطحی پایه با فاصلهی ۳ (distance-3) را نمایش داد. در سال ۲۰۲۳، گوگل به فاصلهی ۵ دست یافت، اما سیستمهای مذکور همچنان بالای آستانهی خطا عمل میکردند. این وضعیت زمانی تغییر کرد که گوگل اعلام کرد پردازندهی Willow آنها به عملکرد فاصلهی ۷ زیر آستانه دست یافته است؛ دستاوردی که بهعنوان یک معیار جهانی در این حوزه شناخته میشود. با این حال، گوگل برای مهار «خطاهای نشتی» (leakage errors) از روشهای سختافزاری مبتنی بر پالسهای جریان مستقیم (DC) استفاده کرد؛ خطاهایی که در آنها اطلاعات کوانتومی از زیرفضای محاسباتی خارج شده و میتوانند در چرخههای متوالی تصحیح خطا باقی بمانند.
اگرچه این روش سختافزاری مؤثر است، اما هزینههایی جدی به همراه دارد؛ از جمله افزایش تراکم سیمکشی، محدودیت در طراحی تراشه و پیچیدگی بیشتر در سامانههای کرایوژنیک. با بزرگتر شدن سامانهها، هدایت تعداد زیادی خط کنترلی به داخل یخچالهای رقیقسازی که در دماهایی نزدیک به صفر مطلق کار میکنند، به یکی از بزرگترین گلوگاههای مهندسی تبدیل میشود.
گروه چینی رویکرد متفاوتی را در پیش گرفت. آنها با استفاده از کنترل کاملاً مایکروویوی و بدون افزودن سختافزار جدید، از پالسهای مایکروویوی با زمانبندی و شکلدهی دقیق برای سرکوب نشتی و بازنشانی فعال کیوبیتهای کمکی مورد استفاده در اندازهگیری خطا بهره بردند. این راهبرد امکان پیادهسازی یک کیوبیت منطقی با کد سطحی فاصلهی ۷ را فراهم کرد که از نظر مقیاس با پیشرفتهترین نتایج گوگل قابلمقایسه است، اما با سربار سختافزاری بسیار کمتر.
نکتهی کلیدی آن است که پژوهشگران نشان دادند با افزایش اندازهی کد سطحی، نرخ خطای منطقی کاهش مییابد. آنها یک ضریب سرکوب خطا در حدود ۱٫۴ گزارش کردند؛ به این معنا که هر مرحلهی افزایش اندازهی کد، به جای تشدید خطا، پایداری سیستم را بهبود میبخشد. این رفتار نشاندهندهی عملکرد سیستم زیر آستانهی تصحیح خطا است. افزون بر این، مقاله به سرکوب مؤثر خطاهای نشتی با عمر طولانی و همبسته در زمان اشاره میکند؛ مشکلی که مدتها یکی از چالشهای جدی در کدهای سطحی بوده است.
اهمیت این کار تنها به رقابت با گوگل محدود نمیشود. کنترل مایکروویوی از پیش جزء جداییناپذیر سامانههای ابررسانا است و قابلیت مالتی پلکسینگ (multiplexing) دارد؛ بهطوری که چندین سیگنال کنترلی میتوانند از یک خط فیزیکی مشترک عبور کنند. این ویژگی میتواند به کاهش چشمگیر سیمکشی، سادهتر شدن بستهبندی تراشهها و کاهش محدودیتهای حرارتی و مکانیکی در سامانههای بزرگ آینده منجر شود.
پژوهشگران مستقل این آزمایش را گامی مهم به سوی محاسبات کوانتومی واقعاً مقاوم به خطا دانستهاند، هرچند تأکید میکنند که فاصلهی زیادی تا کاربردهای عملی باقی مانده است. در حال حاضر، این دستاوردها در مقیاس دهها یا صدها کیوبیت انجام میشوند، در حالی که رایانههای کوانتومی کاربردی احتمالاً به صدها هزار تا میلیونها کیوبیت فیزیکی نیاز خواهند داشت. با این وجود، این نتیجه نشان میدهد که رسیدن به تصحیح خطای زیر آستانه و مقیاسپذیر، بدون تکیه بر راهکارهای سختافزاری سنگین، امکانپذیر است و جایگاه چین را در رقابت جهانی برای دستیابی به محاسبات کوانتومی مقاوم به خطا تقویت میکند.
منابع:
[2] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/rqkg-dw31
[3] https://www.scmp.com/news/china/science/article/3337742/chinas-new-quantum-computer-hits-stability-milestone-beating-google-efficiency
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
