سیستم جدید کارایی تصحیح خطای کوانتومی را افزایش می دهد

خلاصه خبر:

دانشمندان دانشگاه شیکاگو طرحی برای یک کامپیوتر کوانتومی کارآمدتر ایجاد کرده اند. این سیستم از کدهای quantum low-density parity-check یا qLDPC و آرایه های اتمی قابل تنظیم مجدد برای بهبود تصحیح خطا و کاهش تعداد کیوبیت های مورد نیاز استفاده می کند. این رویکرد به طور قابل توجهی سربار (overhead) مورد نیاز برای تصحیح خطا را کاهش میدهد و مقیاس بندی کامپیوترهای کوانتومی را امکان پذیر میکند. معماری مبتنی بر qLDPC از surface codeهای سنتی بهتر عمل می‌کند و امکان الگوریتم‌های کوانتومی با هزاران کیوبیت منطقی را با استفاده از کمتر از 100000 کیوبیت فیزیکی فراهم می‌کند. در حالی که طرح اولیه هنوز تئوری است، تلاش‌های مداومی برای اصلاح و اجرای عملی آن در حال انجام است.

توضیحات تکمیلی:

دانشمندان دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر در دانشگاه شیکاگو طرحی برای یک کامپیوتر کوانتومی کارآمدتر ایجاد کرده اند که می تواند خطاها را تصحیح کند. رایانه‌های کوانتومی رایج  به دلیل شکنندگی کیوبیت‌ها با چالش‌هایی روبرو هستند که به راحتی مختل می‌شوند و می‌توانند داده‌ها را در اثر تغییرات کوچک محیطی از دست بدهند. طرح‌های تصحیح خطا قبلی شامل کپی کردن اطلاعات در چندین کیوبیت فیزیکی بود که مقیاس‌پذیری را ناکارآمد می‌کرد.

سیستم جدید از کدهای quantum low-density parity-check یا همان qLDPC استفاده می کند که با بررسی رابطه بین بیت ها، خطاها را تشخیص می دهد. همچنین آرایه‌های اتمی قابل تنظیم مجدد را برای بهبود ارتباطات کیوبیت و رمزگذاری داده‌های qLDPC در کیوبیت‌های کمتری ترکیب می‌کند.

این طرح، سربار یا overhead مورد نیاز برای تصحیح خطای کوانتومی را کاهش می‌دهد و راه‌هایی را برای افزایش مقیاس رایانه‌های کوانتومی باز می‌کند. معماری مبتنی بر qLDPC از عملکرد  surface codeها  به کمک کیوبیت های فیزیکی کمتر پیشی گرفته است و الگوریتم های کوانتومی با هزاران کیوبیت منطقی را با استفاده از کمتر از 100000 کیوبیت فیزیکی فعال می کند.

چارچوب پیشنهادی پتانسیل ساخت کامپیوترهای کوانتومی با نرخ خطای کم در مقیاس بزرگ را نشان می‌دهد، اگرچه اصلاحات بیشتر و اجرای عملی ادامه دارد. با استفاده از فناوری های تجربی فعلی، دستیابی به محاسبات کوانتومی با سربارِ کم با کدهای qLDPC به طور فزاینده ای امکان پذیر می شود.

منبع

Qian Xu et al, Constant-overhead fault-tolerant quantum computation with reconfigurable atom arrays, Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02479-z