اخبار کوانتومی – فرآیند تقطیر حالت جادویی در کامپیوترهای کوانتومی اتم خنثی نشان داده شد!
عنوان خبر: فرآیند تقطیر حالت جادویی در کامپیوترهای کوانتومی اتم خنثی نشان داده شد!
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی، اتم خنثی
تاریخ انتشار خبر: 27 دسامبر 2024
منبع خبر: QUANTUM INSIDER
چکیده: پژوهشگران شرکت QuEra Computing با همکاری دانشمندان دانشگاه‌های هاروارد و MIT به دستاوردی مهم در محاسبات کوانتومی دست یافته‌اند و فرآیند تقطیر حالت جادویی (MSD) را روی یک کامپیوتر کوانتومی اتم خنثی به نمایش گذاشته‌اند. این فرآیند، حالت‌های کوانتومی با فیدلیتی پایین را به نسخه‌های با فیدلیتی بالا تبدیل می‌کند و امکان محاسبات کوانتومی مقاوم به خطای جهان شمول را فراهم می‌سازد.
این تیم با استفاده از کدهای پیشرفته تصحیح خطا، به فیدلیتی هایی تا ۹۹.۴٪ دست یافتند که گامی حیاتی به سوی پردازشگرهای کوانتومی مقیاس‌پذیر به شمار می‌رود. این مطالعه روی پردازنده کلاس جمینی QuEra انجام شد و از کدهای رنگی دوبعدی برای بهبود تشخیص و تصحیح خطا بهره برد. با کدگذاری کیوبیت‌ها و استفاده از پروتکل تقطیر «۵ به ۱»، قابلیت اطمینان حالت‌های کوانتومی بهبود یافت.
شرح کامل خبر:
پژوهشگران شرکت QuEra Computing به همراه دانشمندان دانشگاه‌های هاروارد و MIT گامی مهم در زمینه محاسبات کوانتومی برداشته‌اند و موفق به اجرای فرآیند تقطیر حالت جادویی یا همان MSD (Magic State Distillation) روی یک کامپیوتر کوانتومی مبتنی بر اتم‌های خنثی شده‌اند. این فرآیند نقش کلیدی در دستیابی به محاسبات کوانتومی مقاوم به خطای جهان شمول ایفا می‌کند، زیرا حالت‌های کوانتومی «جادویی» را که به فیدلیتی بالا نیاز دارند، تولید می‌کند.
محاسبات کوانتومی مقاوم‌به‌خطا مبتنی بر کیوبیت‌های منطقی است که نسخه‌های محافظت‌شده از کیوبیت‌های فیزیکی و آسیب‌پذیر هستند. اگرچه این کیوبیت‌های منطقی می‌توانند مجموعه‌ای از عملیات موسوم به گیت های کلیفورد (Clifford Gates) را اجرا کنند، اما این عملیات به تنهایی برای محاسبات جهان شمول یا universal کافی نیستند.
برای رفع این محدودیت، حالت‌های جادویی به عنوان منبعی حیاتی برای عملیات غیرکلیفورد به کار گرفته می‌شوند که امکان اجرای الگوریتم‌های پیشرفته مانند فاکتورگیری اعداد بزرگ، شبیه‌سازی مواد پیچیده، و حل مسائل بهینه‌سازی را فراهم می‌کنند.
در این پژوهش، تیم تحقیقاتی فرآیند MSD را روی کیوبیت‌های منطقی کدگذاری‌شده با کدهای رنگی دوبعدی پیاده‌سازی کردند. این کدها برای تشخیص و تصحیح خطا در طول محاسبات طراحی شده‌اند. محققان از پروتکل «۵ به ۱» برای تقطیر حالت استفاده کردند؛ به این صورت که پنج حالت با فیدلیتی پایین ترکیب شدند تا یک حالت خروجی با فیدلیتی بالاتر تولید شود.
برای تأیید این بهبودها، خطاها با اندازه‌گیری کیوبیت‌های اضافی به نام سیندروم (syndrome) ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که فیدلیتی حالت‌ها از ۹۵.۱٪ به ۹۹.۴٪ برای کدهای با فاصله ۳ و از ۹۲.۵٪ به ۹۸.۶٪ برای کدهای با فاصله ۵ افزایش یافت.
این پژوهش بر روی پردازنده‌ی جدید QuEra به نام Gemini-class انجام شد که با توانایی بازآرایی دینامیکی اتم‌ها در یک شبکه دوبعدی، امکان اجرای مدارهای کدگذاری و عملیات تقطیر به صورت موازی را فراهم کرد. محققان تأکید کردند که این دستاورد یکی از بزرگ‌ترین آزمایش‌های مبتنی بر کدهای رنگی تاکنون بوده است.
با وجود پیشرفت‌های مهم، چالش‌هایی همچنان باقی مانده است، از جمله نرخ‌های خطای فیزیکی بالا که برای کدهای پیچیده‌تر مشکل‌ساز می‌شوند. کاهش این نرخ‌ها و طراحی روش‌های جایگزین برای آماده‌سازی حالت جادویی از جمله مسیرهای پژوهشی آینده هستند. تیم تحقیقاتی همچنین پیشنهاد داد که ترکیب تقطیر حالت با تکنیک‌های پیشرفته مانند اندازه‌گیری میان‌مداری و فیدبک گیری می‌تواند بازدهی الگوریتم‌های کوانتومی را افزایش دهد.
این کار نمایی از پتانسیل بالای #پردازنده‌های_اتم_خنثی برای تحقق محاسبات کوانتومی جهان شمول ارائه می‌دهد. با این حال، برای رسیدن به مقیاس‌های بزرگ‌تر، نیاز به بهبود سخت‌افزار، افزایش تعداد کیوبیت‌ها، و تسریع عملیات همچنان وجود دارد.
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
