تاثیر زمان سنجی ناقص بر کنترل کوانتومی

تحقیقات جدید به رهبری دکتر مارک میچیسون از Trinity College Dublin، محدودیت اساسی را که زمان سنجی ناقص (imperfect timekeeping) برای توسعه کامپیوترهای کوانتومی و کاربردهای آنها ایجاد می کند، برجسته می کند. این مطالعه که در Physical Review Letters منتشر شده است، تأکید می‌کند که حتی خطاهای زمان‌بندی جزئی نیز روی الگوریتم‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ انباشته می‌شوند و به‌طور قابل‌توجهی بر الگوریتم‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ تأثیر می‌گذارند و چالشی را به وجود می‌آورند که باید برای رایانه‌های کوانتومی حل شود تا پتانسیل خود را برآورده کنند.
 

زمان‌بندی دقیق برای رایانه‌های کوانتومی، که از رفتار عجیب ذرات زیراتمی برای پردازش اطلاعات استفاده می‌کنند، بسیار مهم است. در حالی که محاسبات کوانتومی نوید تسریع حل مشکلات مهمی مانند کشف دارو و تحقیقات مواد را می دهد، چالش فعلی در مقیاس بزرگ کردن رایانه های کوانتومی به دلیل شکنندگی حالت های کوانتومی مورد استفاده برای رمزگذاری اطلاعات نهفته است.

تیم تحقیقاتی به بررسی تأثیر زمان‌بندی ناقص بر الگوریتم‌های کوانتومی که مشابه برنامه‌های اجرا شده روی رایانه‌های کوانتومی هستند، پرداختند. آنها دریافتند که خطاهای زمان‌بندی می‌توانند گییت‌های منطقی کوانتومی، بلوک‌های سازنده الگوریتم‌های کوانتومی، را مختل کنند. این تیم با روشن کردن سطح دقت مورد نیاز برای ساعت‌ها به منظور دستیابی به دقت محاسباتی مورد نظر، این درک را به الگوریتم‌های کوانتومی کامل گسترش داد.

این مطالعه نشان می‌دهد که مشکل زمان‌بندی ناقص با پیچیده‌تر شدن الگوریتم‌ها آشکارتر می‌شود و چالشی برای رایانه‌های کوانتومی آینده ایجاد می‌کند. اگرچه رایانه‌های کوانتومی کنونی توسط عواملی مانند دقت سخت‌افزار و تداخل الکترومغناطیسی محدود شده‌اند، محاسبات محققان نشان می‌دهد که محدودیت‌های اساسی اندازه‌گیری زمان در نهایت تعیین‌کننده خواهند بود.

با این حال، تیم تحقیقاتی تأکید می کند که یافته های آنها کاملاً بدبینانه نیست. آنها پیشنهاد می کنند که پروتکل های تصحیح خطای هوشمندانه می توانند تأثیر زمان بندی ناقص را در آینده کاهش دهند. علاوه بر این، این مطالعه نشان می‌دهد که در ترمودینامیک کوانتومی، خنک‌کردن کیوبیت همچنان می‌تواند بدون توجه به خطاهای زمان‌بندی به دست آید، اگرچه سرعت خنک‌سازی ممکن است تحت تأثیر قرار گیرد.

به طور خلاصه، این تحقیق اهمیت زمان سنجی دقیق برای رایانه های کوانتومی و الگوریتم های آنها را برجسته می کند و بر چالش های ناشی از زمان بندی ناقص تاکید می کند و نشان می دهد که پرداختن به این محدودیت برای پیشرفت محاسبات کوانتومی بسیار مهم است. با این حال، محققان همچنین با پیشنهاد استفاده بالقوه از پروتکل‌های تصحیح خطا برای کاهش تأثیر خطاهای زمان‌بندی و پیشبرد این زمینه، ابراز امیدواری می‌کنند.

منبع

Jake Xuereb et al, Impact of Imperfect Timekeeping on Quantum Control, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.160204