اخبار کوانتومی – دقت جهانی در الگوریتم گروور

عنوان خبر:  دقت جهانی در الگوریتم گروور
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی، الگوریتم کوانتومی

تاریخ انتشار خبر: 20 فوریه 2025
لینک خبر: sqc.com.au

چکیده:

شرکت محاسبات کوانتومی سیلیکون (SQC) با موفقیت الگوریتم گروور را بر روی یک پردازنده سیلیکونی چهار کیوبیتی اجرا کرد و به دقت 93.46% نزدیک به حداکثر تئوری 94.53% رسید. کیوبیت‌های ساخته شده از اتم‌های فسفر در سیلیکون خالص‌شده ایزوتوپی، فیدلیتی بیش از 99.9درصد را برای عملیات تک کیوبیت و بیش از 99 درصد را برای عملیات دو کیوبیتی نشان دادند و از آستانه تحمل خطا فراتر رفتند. این موفقیت بدون تصحیح خطا به دست آمد و نقطه عطف مهمی برای سخت افزار کوانتومی با فیدلیتی بالا بود. با این حال، این نمایش یک اثبات مفهومی در مقیاس کوچک باقی می‌ماند، زیرا یک سیستم چهار کیوبیتی با مقیاس مورد نیاز برای مزیت کوانتومی فاصله دارد. افزایش مقیاس با حفظ وفاداری بالا همچنان یک چالش است، اما تمرکز SQC بر کیفیت کیوبیت بر کمیت ممکن است راهی برای غلبه بر محدودیت‌های تصحیح خطا در سیستم‌های بزرگ‌تر فراهم کند.

شرح کامل خبر:

Silicon Quantum Computing (SQC) با اجرای موفق الگوریتم گروور روی یک پردازنده سیلیکونی چهار کیوبیتی، گامی بزرگ در دنیای محاسبات کوانتومی برداشته است. این دستاورد با نرخ موفقیت چشمگیر 93.46% که معادل 98.87% از احتمال تئوریک ایده‌آل است، در مجله Nature Nanotechnology گزارش شده است. این موفقیت به‌ویژه حائز اهمیت است زیرا بدون استفاده از تصحیح خطا انجام شد، که در محاسبات کوانتومی کار نادری است.

الگوریتم گروور که سرعت جستجو در پایگاه داده‌ها را به‌طور مربعی افزایش می‌دهد (quadratic speedup)، بر روی سیستمی ساخته شده از اتم‌های فسفر در سیلیکون ایزوتوپی خالص اجرا شد، که به‌خاطر پایداری و زمان‌های همدوسی طولانی‌اش شناخته شده است. پردازنده SQC ویژگی‌های عالی برای عملیات تک‌کیوبیتی با فیدلیتی بالای 99.9% و عملیات دو کیوبیتی با فیدلیتی بالای 99% ارائه داد که به‌طور قابل توجهی از آستانه مورد نیاز برای محاسبات کوانتومی مقاوم در برابر خطا فراتر رفت.

این موفقیت نتیجه رویکرد نوآورانه SQC در استفاده از کیوبیت‌های با دقت بالا به‌جای صرفا تمرکز داشتن بر افزایش تعداد کیوبیت‌ها است. برخلاف سایر سیستم‌های کوانتومی که به ساخت پیچیده و مستعد خطای کیوبیت‌ها وابسته‌اند، کیوبیت‌های سیلیکونی SQC به‌خاطر تولید دقیق اتمی خود، پایداری و سازگاری بالایی دارند. این کیوبیت‌ها به‌طور دقیق در سیلیکون ایزوتوپی خالص الگوگذاری شده‌اند، جایی که اتم‌های فسفر یک الکترون را محصور می‌کنند.

این ساختار باعث عملیات تک‌کیوبیتی با فیدلیتی استثنایی و عملیات چندکیوبیتی کارآمدی می‌شودکه توسط برهمکنش های الکترون-هسته فعال می شود. به‌ویژه، الکترون به‌عنوان یک آنسیلا (ancilla) عمل کرده و گیت‌های کنترل-Z را بین اسپین‌های هسته‌ای با فیدلیتی های بالای 99% امکان‌پذیر می‌سازد. علاوه بر این، پردازنده یک حالت گرینبرگر–هورن–زیلینگر (GHZ) با دقت 96.2% به‌دست آورد که قدرت کیوبیت‌های آن‌ها را بیشتر نمایان می‌کند.

با وجود این نمایش شگرف، سیستم هنوز در مراحل ابتدایی خود قرار دارد. پردازنده SQC با تنها چهار کیوبیت و استفاده از سه کیوبیت اسپین هسته‌ای برای الگوریتم، از مقیاس مورد نیاز برای دستیابی به برتری کوانتومی نسبت به سیستم‌های کلاسیک فاصله زیادی دارد. با این حال، کیوبیت‌های با فیدلیتی بالا این پتانسیل را دارند که وابستگی به تصحیح خطا را کاهش دهند، که در معماری‌های کوانتومی سنتی به تعداد زیادی کیوبیت نیاز دارد.

چالش پیش روی SQC این است که سیستم خود را مقیاس‌بندی کرده و در عین حال فیدلیتی‌های بالای نشان داده شده را حفظ کند. این چالش مقیاس‌بندی بسیار حائز اهمیت است زیرا برای دستیابی به برتری کوانتومی، نه تنها به کیوبیت‌های بیشتری نیاز است، بلکه باید تعداد کیوبیت‌ها به‌طور قابل اعتماد افزایش یابد بدون آنکه فیدلیتی کاهش یابد یا منابع جدید خطا وارد شود.

مقاله تأکید می‌کند که کوپل کردن رجیسترهای اسپین هسته‌ای همسایه از طریق تبادل الکترون-الکترون (electron-electron exchange) می‌تواند پردازنده‌های کوانتومی بزرگ‌تر و مقاوم به خطا را در آینده فعال کند. این گامی مهم به‌سوی محاسبات کوانتومی مقیاس‌پذیر است که در آن عملیات با فیدلیتی بالا می‌تواند نیاز به تصحیح خطای گسترده را کاهش داده و به سیستم‌های کوانتومی این امکان را بدهد که مسائل محاسباتی دنیای واقعی را کارآمدتر از سیستم‌های کلاسیک حل کنند.

منابع:

[1] https://sqc.com.au/2025/02/20/sqc-achieves-world-leading-accuracy-of-grovers-algorithm/

[2] https://thequantuminsider.com/2025/02/20/silicon-quantum-computing-executes-high-fidelity-grovers-algorithm-without-qec-but-scaling-challenges-remain/

[3] https://www.nature.com/articles/s41565-024-01853-5

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