پیشرفت چشمگیر مایکروسافت در تصحیح خطای کوانتومی به کمک کدهای کوانتومی 4 بعدی
عنوان خبر: پیشرفت چشمگیر مایکروسافت در تصحیح خطای کوانتومی به کمک کدهای کوانتومی 4 بعدی
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی، تصحیح خطای کوانتومی
تاریخ انتشار خبر: 19 ژوئن 2025
لینک خبر: azure.microsoft.com
چکیده:
مایکروسافت خانواده جدیدی از کدهای تصحیح خطای کوانتومی هندسی را معرفی کرده که سربار مورد نیاز برای ساخت رایانه‌های کوانتومی مقاوم در برابر خطا را به طور قابل توجهی کاهش میدهد. برخلاف کدهای سطحی سنتی که به اندازه‌گیری‌های متعدد و آرایه‌های بزرگ کیوبیت نیاز دارند، کدهای 4بعدی جدید تصحیح خطای تک‌مرحله‌ای و عملیات منطقی کامل کلیفورد را ارائه میدهند و محاسبات کوانتومی جهان شمول و کارآمدتری را امکان‌پذیر می‌سازند. کدهای جدید با بهره‌گیری از ساختارهای هندسی 4 بعدی، نیاز به کیوبیت‌های فیزیکی را پنج برابر کاهش داده و نرخ خطا را تا ۱۰۰۰ برابر کاهش میدهند. برای مثال، Hadamard code می‌تواند ۵۴ کیوبیت منطقی را با تنها ۲۰۰۰ کیوبیت فیزیکی پشتیبانی کند. این کدها که برای کار با سخت‌افزارهای پیشرفته مانند اتم خنثی، یون به دام افتاده و فوتونیک طراحی شده‌اند، با معماری‌های موازی و محدود به کیوبیت نیز سازگاراند.
شرح کامل خبر:
مایکروسافت با معرفی کدهای تصحیح خطای چهار‌بعدی هندسی، گام بزرگی در مسیر دستیابی به محاسبات کوانتومی پایدار و مقاوم در برابر خطا برداشته است. این نوآوری، که به‌تازگی به پلتفرم Microsoft Quantum Compute افزوده شده، توانایی تصحیح سریع خطا با استفاده از تعداد بسیار کمی کیوبیت فیزیکی را دارد و نرخ خطا را تا هزار برابر کاهش میدهد، و در نتیجه، محاسبات کوانتومی قابل اعتماد را به واقعیت نزدیک‌تر می‌سازد.
مشکل اصلی در سیستم‌های کوانتومی امروزی، حساسیت بالای کیوبیت‌های فیزیکی به نویز و عوامل محیطی است. برای دستیابی به توان محاسباتی واقعی این سیستم‌ها، باید از کیوبیت‌های فیزیکی با کیفیت بالا استفاده کرد و سپس با استفاده از کدهای تصحیح خطا، کیوبیت‌های منطقی پایدار ساخت. مایکروسافت با استفاده از کدهای توپولوژیکی چهار‌بعدی بر پایه شبکه‌های هادامارد، توانسته است ساختار مقاومی را ایجاد کند که هم در سیستم‌های نزدیک به واقعیت و هم در مقیاس صنعتی قابل اجرا است.
طبق مقاله‌ی منتشرشده، این کدها قابلیت تصحیح خطای «تک‌مرحله‌ای» دارند، تعداد کیوبیت‌های فیزیکی لازم را تا پنج برابر کاهش میدهند، و با استفاده از عملگرهای سبک (وزن ۶) و استخراج سندرم با عمق محاسباتی پایین (عمق ۸)، نرخ خطای منطقی را به حدود ۴×۱۰−۷۴ \times ۱۰^{-۷}۴×۱۰−۷ در هر دور کاهش میدهند. این کدها مجموعه‌ی کاملی از دروازه‌های منطقی کلیفورد را نیز در بر می‌گیرند، که محاسبات کوانتومی جهانی را ممکن می‌سازند.
این پیشرفت در همکاری با شرکت Atom Computing و استفاده از کیوبیت‌های اتم خنثی حاصل شده است. این کیوبیت‌ها به دلیل چگالی بالا، تحرک‌پذیری، حساسیت پایین به نویز، و فیدلیتی بالا (۹۹.۶٪ در گیت های دوکیوبیتی) برای اجرای کدهای چهار‌بعدی بسیار مناسب هستند. با استفاده از این فناوری، مایکروسافت توانسته ۲۴ تا ۲۸ کیوبیت منطقی پایدار را تولید و درهم‌تنیده کند.
مایکروسافت همچنین از سیستم مجازی‌سازی کیوبیت استفاده می‌کند که لایه‌ای نرم‌افزاری بر روی سخت‌افزار فیزیکی ایجاد کرده و عملیات پیچیده تصحیح خطا را ساده‌سازی می‌کند. با ترکیب این روش با تکنیک‌های اندازه‌گیری میان‌مدار (مانند تنظیم مجدد و استفاده مجدد)، مایکروسافت و Atom Computing توانسته‌اند تصحیح خطا را در حین اجرای برنامه انجام دهند—که یکی از شروط اساسی برای دستیابی به محاسبات کوانتومی پایدار است.
هدف کوتاه‌مدت این تیم، دستیابی به ۵۰ کیوبیت منطقی و در بلندمدت، گسترش تا هزاران کیوبیت منطقی است. این فناوری همچنین با پلتفرم‌هایی نظیر Microsoft Discovery و زیرساخت‌های ابررایانش و هوش مصنوعی مایکروسافت ترکیب شده و امکان توسعه‌ی کاربردهای ترکیبی در حوزه‌های علوم مواد، رمزنگاری، مدل‌سازی مولکولی، و هوش مصنوعی کوانتومی را فراهم می‌کند.
در مجموع، معرفی این کدهای تصحیح خطای هندسی چهار‌بعدی توسط مایکروسافت، تحولی بنیادین در مسیر ساخت کامپیوترهای کوانتومی قابل اعتماد است؛ تحولی که با ترکیب تئوری پیشرفته، نرم‌افزار کارآمد و سخت‌افزار مقیاس‌پذیر، راه را برای کاربردهای عملی کوانتوم در آینده هموار می‌سازد.
منابع:
[1] https://azure.microsoft.com/en-us/blog/quantum/2025/06/19/microsoft-advances-quantum-error-correction-with-a-family-of-novel-four-dimensional-codes/
[2] https://thequantuminsider.com/2025/06/19/microsofts-4d-quantum-codes-promise-reduction-in-error-rates-boost-in-prospects-of-fault-tolerant-computing/
[3] https://arxiv.org/html/2506.15130v1
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
