خلاصه خبر:
تیم Google Quantum AI یک پیشرفت بزرگ در محاسبات کوانتومی به دست آورده است. آنها موفق به نمایش یک سیستم حافظه کوانتومی شده‌اند که زیر آستانه خطای بحرانی لازم برای تصحیح خطای کوانتومی (QEC) کار می‌کند. با استفاده از کد سطحی فاصله ۷ که شامل ۱۰۱ کیوبیت فیزیکی است، سیستم به نرخ خطای 0.143٪ در هر چرخه دست یافت. این اولین باری است که یک پردازنده کوانتومی به این آستانه می‌رسد. این موفقیت نشان می‌دهد که کیوبیت منطقی ایجاد شده بسیار پایدارتر بوده و عمر آن 2.4 برابر بهترین کیوبیت فیزیکی ابررسانا است. این پیشرفت گامی مهم به سوی محاسبات کوانتومی مقیاس‌پذیر و مقاوم در برابر خطاست. با این حال، چالش‌هایی از جمله رویدادهای خطای همبسته نادر باقی می‌ماند. این کار نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی به سمت عملی شدن محاسبات کوانتومی است.
توضیحات تکمیلی:
هوش مصنوعی کوانتومی گوگل با نشان دادن یک سیستم حافظه کوانتومی که زیر آستانه خطای بحرانی کار می‌کند، پیشرفت قابل‌توجهی در محاسبات کوانتومی ایجاد کرده است - گامی حیاتی به سمت توسعه رایانه‌های کوانتومی عملی و مقاوم به خطا. این دستاورد یک نقطه عطف اساسی در تصحیح خطای کوانتومی (QEC) است، یک فناوری لازم برای محافظت از اطلاعات کوانتومی در برابر خطاهای ناشی از نویز محیطی و عملیات کوانتومی ناقص.
کار این تیم بر روی نوع خاصی از تصحیح خطای کوانتومی به نام کد سطحی (Surface Code) متمرکز است. کدهای سطحی روشی برای پخش اطلاعات یک کیوبیت منطقی در چند کیوبیت فیزیکی هستند که روی یک شبکه مرتب شده اند. این ستاپ به سیستم اجازه می‌دهد تا خطاهایی را که در کیوبیت‌های جداگانه رخ می‌دهند، شناسایی و تصحیح کند، بنابراین یکپارچگی کلی کیوبیت منطقی حفظ می‌شود. فاصله در کدهای سطحی به تعداد کیوبیت های فیزیکی مربوط به حفاظت از یک کیوبیت منطقی اشاره دارد. فاصله بیشتر، مانند کد فاصله 7 (distance-7 code) که توسط تیم Google استفاده می شود، محافظت قوی تری در برابر خطاها ارائه می دهد.
در آزمایش اخیر خود، محققان یک سیستم حافظه کوانتومی با کد سطحی فاصله 7 شامل 101 کیوبیت فیزیکی را نشان دادند. این سیستم به نرخ خطای 0.143% در هر چرخه تصحیح خطا دست یافت که نشان دهنده اولین باری است که یک پردازنده کوانتومی زیر آستانه مورد نیاز برای QEC موثر کار می کند. چرخه (cycle) در این زمینه به یک تکرار واحد از شناسایی و تصحیح خطاها در سیستم اشاره دارد. موفقیت تیم قابل توجه بود، زیرا کیوبیت منطقی ایجاد شده نه تنها پایدار بود، بلکه با ضریب 2.4 از بهترین کیوبیت فیزیکی نیز طول عمر بیشتری داشت.
در حالی که این دستاورد محاسبات کوانتومی را به کاربردهای عملی نزدیک‌تر می‌کند، چالش‌ها همچنان باقی است. این مطالعه رویدادهای خطای همبسته نادر (rare correlated error events) را شناسایی کرد - خطاهایی که تقریباً یک بار در هر ساعت یا هر سه میلیارد چرخه اتفاق می‌افتند - که همچنان مانعی برای دستیابی به نرخ خطای بسیار پایین است. برای درک بهتر و کاهش این مسائل، محققان با کدهای تکرار در فواصل بالا تا فاصله 29 آزمایش کردند.
علیرغم این چالش‌ها، کار تیم نشان می‌دهد که محاسبات کوانتومی مقیاس‌پذیر و تحمل‌پذیر خطا به طور فزاینده‌ای در دسترس است. بهبود تصاعدی در نرخ خطای منطقی با افزایش فاصله کد، مسیر امیدوارکننده‌ای را به پیش می‌دهد. پیشرفت‌های آینده در پروتکل‌های تصحیح خطا و الگوریتم‌های رمزگشایی برای غلبه بر موانع باقی‌مانده حیاتی خواهد بود و به طور بالقوه پتانسیل کامل فناوری کوانتومی را برای کاربردهای دنیای واقعی باز می‌کند.
منبع
https://arxiv.org/html/2408.13687v1#S7
https://thequantuminsider.com/2024/08/27/breaking-the-surface-google-demonstrates-error-correction-below-surface-code-threshold/
