اخبار کوانتومی -آمازون از Ocelot، اولین تراشه محاسبات کوانتومی خود، رونمایی کرد

عنوان خبر:  آمازون از Ocelot، اولین تراشه محاسبات کوانتومی خود، رونمایی کرد.
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی، تصحیح خطای کوانتومی، کیوبیت بوزونیک

تاریخ انتشار خبر: 27 فوریه 2025
لینک خبر: amazon.science

چکیده:

خدمات وب آمازون (AWS) از اولین تراشه محاسبات کوانتومی خود، به نام Ocelot رونمایی کرد که برای حل چالش‌های اصلاح خطا و بهبود مقیاس‌پذیری طراحی شده است. Ocelot از “cat کیوبیت‌ها” استفاده میکند که خطاهای خاصی را سرکوب می‌کنند و تعداد کیوبیت‌های فیزیکی مورد نیاز برای اصلاح خطا را تا 90٪ کاهش میدهند. تمرکز این تراشه بر تصحیح خطای کوانتومی، یکی از موانع اصلی در رایانه‌های کوانتومی، است. با گنجاندن کیوبیت‌های مقاوم در برابر خطا مستقیماً در سخت‌افزار، Ocelot رویکردی کارآمدتر از نظر منابع در مقایسه با روش‌های مرسوم ارائه میدهد. معماری تراشه که برای ذخیره اطلاعات کوانتومی تست شده است، شامل کیوبیت‌های داده، مدارهای بافر و کیوبیت‌های تصحیح خطاست. در حالی که هنوز یک نمونه اولیه است، AWS معتقد است که Ocelot میتواند هزینه‌های اصلاح خطا را تا 90٪ کاهش دهد و زمانبندی برای رایانه کوانتومی کاربردی را تا پنج سال تسریع کند.

شرح کامل خبر:

آAmazon Web Services(AWS) از چیپ کوانتومی نسل اول خود به نام Ocelot رونمایی کرده است که یک گام مهم در توسعه کامپیوترهای کوانتومی مقیاس‌پذیر به حساب می‌آید. Ocelot با استفاده از مدارهای کوانتومی ابررسانا، یک پیاده‌سازی نوآورانه از تصحیح خطای کوانتومی را به کار می‌برد که هم از نظر منابع کارآمد بوده و هم مقیاس‌پذیر است. این چیپ به دستاوردهای کلیدی در زمینه بهبود تصحیح خطای کوانتومی دست یافته است که می‌تواند فاصله‌ میان وضعیت فعلی و کامپیوترهای کوانتومی عملی را کاهش دهد.

یکی از دستاوردهای اصلی Ocelot معماری مقیاس‌پذیر آن برای تصحیح خطای بوزونیک است. این رویکرد از روش‌های سنتی کیوبیت برای کاهش هزینه اصلاح خطا پیشی می‌گیرد و به کاهش میزان منابع مورد نیاز برای اصلاح خطا کمک می‌کند. این چیپ همچنین اولین پیاده‌سازی یک گیت بایاس شده‌ی نویزی (noise-biased gate) را معرفی می‌کند که جزء ضروری برای ایجاد تصحیح خطای کارآمد است و امکان ساخت کامپیوترهای کوانتومی مقیاس‌پذیر و تجاری را فراهم می‌کند. علاوه بر این، Ocelot عملکرد پیشرفته‌ای در کیوبیت‌های ابررسانا دارد، با زمان‌های فلیپ بیت نزدیک به یک ثانیه و زمان‌های فلیپ فاز به اندازه 20 میکروثانیه که مرزهای موجود در کیوبیت‌های ابررسانا را به چالش می‌کشد.

هدف Ocelot برطرف کردن یکی از چالش‌های اصلی در دنیای کامپیوترهای کوانتومی است: پر کردن شکاف عملکرد کوانتومی. در حالی که کامپیوترهای کوانتومی پتانسیل انجام محاسبات سریعتر و حتی به طور نمایی سریعتر از سیستم‌های کلاسیک را دارند، حساسیت زیاد آن‌ها به نویز محدود می‌کند تعداد گیت‌های کوانتومی که می‌توانند به طور قابل اعتماد انجام دهند. تصحیح خطای کوانتومی که برای اولین بار در دهه 1990 پیشنهاد شد، راه‌حلی برای این مشکل ارائه می‌دهد. این روش با توزیع اطلاعات در میان چندین کیوبیت فیزیکی، امکان تشخیص و اصلاح خطا را فراهم می‌آورد. با این حال، این تکنیک معمولاً نیاز به تعداد زیادی کیوبیت فیزیکی برای هر کیوبیت منطقی دارد که باعث می‌شود تصحیح خطای کوانتومی به منابع به شدت زیادی نیاز داشته باشد.

روش‌های سنتی تصحیح خطای کوانتومی مانند کد سطحی، به هزاران کیوبیت فیزیکی برای هر کیوبیت منطقی نیاز دارند که آن‌ها را برای ساخت سیستم‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر تجاری غیرعملی می‌سازد. یکی از چالش‌های اصلی این است که سیستم‌های کوانتومی هم از خطاهای فلیپ بیت و هم از خطاهای فلیپ فاز رنج می‌برند. اصلاح این خطاها نیاز به لایه‌های اضافی از افزونگی دارد که منابع مورد نیاز تصحیح خطای کوانتومی را افزایش می‌دهد.

Ocelot از رویکردی نوآورانه مبتنی بر کیوبیت‌های گربه‌ای استفاده می‌کند که نوعی کیوبیت بوزونیک هستند. برخلاف کیوبیت‌های سنتی که در دو حالت قرار دارند، کیوبیت‌های گربه‌ای از برهم‌نهی کوانتومی با دامنه و فاز مشخص برای کدگذاری اطلاعات کیوبیت استفاده می‌کنند، مشابه به نوسانگرهای هارمونیکی که در سیستم‌های کلاسیکی مانند فرکانس‌های رادیویی به کار می‌روند. این کیوبیت‌های گربه‌ای از انرژی چندین بوزون (مانند فوتون‌ها) برای نمایش حالات کوانتومی استفاده می‌کنند که آن‌ها را در برابر خطاهای فلیپ بیت مقاوم‌تر می‌سازد. با افزایش تعداد فوتون‌ها در سیستم، خطاهای فلیپ بیت به طور نمایی کاهش می‌یابند، که نیاز به تعداد کیوبیت‌های زیاد را کاهش می‌دهد.

طراحی Ocelot این کیوبیت‌های گربه‌ای را در یک معماری مقیاس‌پذیر ترکیب می‌کند. در این طراحی از یک کد تکرار (repetition code) برای اصلاح خطای فلیپ فاز استفاده می‌شود، همراه با گیت‌های C-NOT بایاس شده نویزی (noise-biased CNOT gates) که به تشخیص و تصحیح خطاهای فلیپ فاز کمک می‌کنند و در عین حال از محافظت در برابر فلیپ بیت را حفظ می‌کنند. کیوبیت منطقی در Ocelot از پنج کیوبیت داده گربه‌ای (cat data qubits) تشکیل شده است که هرکدام از آن‌ها از یک نوسانگر برای ذخیره اطلاعات کوانتومی استفاده می‌کنند و با کیوبیت‌های کمکی ترانسمون برای تشخیص خطای فلیپ فاز و مدارهای بافر برای پایدارسازی حالات کیوبیت‌های گربه‌ای جفت می‌شوند. مدارهای بافر نقش حیاتی در کاهش نمایی خطاهای فلیپ بیت ایفا می‌کنند، در حالی که “کد تکرار” کمک می‌کند تا خطاهای فلیپ فاز تشخیص داده و اصلاح شوند.

نتایج آزمایش نشان می‌دهند که رویکرد اصلاح خطای Ocelot عملکرد کیوبیت منطقی را به طور چشمگیری بهبود می‌بخشد. هنگامی که فاصله کد تکرار از 3 به 5 افزایش یافت، نرخ خطای فلیپ فاز منطقی به طور قابل توجهی کاهش یافت. در کد فاصله-5، نرخ کلی خطای منطقی به 1.65٪ در هر چرخه رسید که کمتر از نرخ خطای کد فاصله-3 بود، حتی با نیاز به تعداد کمتری کیوبیت. این کارآیی که از طریق گیت C-NOT بایاس شده نویزی و یک چرخه تصحیح خطای به دقت بهینه‌شده حاصل می‌شود، نشان می‌دهد که Ocelot می‌تواند از تعداد کیوبیت‌های فیزیکی کمتری نسبت به روش‌های سنتی استفاده کند و در عین حال سطح بالایی از تصحیح خطا را حفظ کند.

رویکرد AWS در اولویت قرار دادن کاهش نرخ خطا پیش از افزایش تعداد کیوبیت‌ها، با سایر تلاش‌ها در کامپیوترهای کوانتومی که بر روی افزایش تعداد کیوبیت‌ها بدون تصحیح خطا تمرکز دارند، تفاوت دارد. این استراتژی حیاتی است زیرا افزودن کیوبیت‌های بیشتر بدون اصلاح خطا نمی‌تواند قدرت محاسباتی بیشتری ایجاد کند و ممکن است منجر به خطاهای محاسباتی بیشتر شود.

اگرچه Ocelot هنوز در مرحله نمونه اولیه است، آزمایش موفقیت‌آمیز آن در زمینه تصحیح خطا نویدبخش گامی امیدوارکننده به سوی کامپیوترهای کوانتومی عملی است. AWS قصد دارد این فناوری را در سال‌های آینده بهبود بخشیده و مقیاس آن را گسترش دهد تا در نهایت سیستم‌های کوانتومی بسازد که قادر به حل مسائلی باشند که هم‌اکنون از دسترس کامپیوترهای کلاسیک خارج هستند. با تحقیق و توسعه مداوم، معماری Ocelot می‌تواند نیاز به منابع برای کامپیوترهای کوانتومی را به طور قابل توجهی کاهش دهد و مسیر را برای کامپیوترهای کوانتومی تجاری هموارتر کند.

منابع:

[1]https://www.amazon.science/blog/amazon-announces-ocelot-quantum-chip

[2] https://www.nature.com/articles/s41586-025-08642-7#MOESM2

[3] https://thequantuminsider.com/2025/02/27/aws-unveils-ocelot-its-first-quantum-computing-chip/

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