خلاصه خبر:
شرکت Quantinuum با موفقیت یک کیوبیت منطقی را با استفاده از روش‌های مقاوم در برابر خطا روی پردازنده کوانتومی H2 خود (برپایه یون به‌دام افتاده) تله‌پورت کرد و به فیدلیتی 97.5٪ دست یافت. این اولین بار است که تله‌پورت کیوبیت منطقی با استفاده از کدهای تصحیح خطا انجام می‌شود. در این آزمایش از دو تکنیک "transversal gates" و "lattice surgery " برای انتقال اطلاعات کوانتومی بین کیوبیت‌ها استفاده شد. نتایج نشان داد که "transversal gates" با فیدلیتی بالاتری عمل می‌کنند. این تحقیق اهمیت زیادی برای شبکه‌های کوانتومی و سیستم‌های مقیاس‌پذیر دارد و می‌تواند به توسعه سیستم‌های ارتباطی کوانتومی ایمن و محاسبات پیچیده مانند رمزنگاری کمک کند. این آزمایش برپایه 30 کیوبیت فیزیکی بود.
توضیحات تکمیلی:
شرکت کوانتینیوم موفق به دستیابی به یک پیشرفت بزرگ در محاسبات کوانتومی شده است. این شرکت توانست برای اولین بار یک کیوبیت منطقی را با استفاده از روش‌های مقاوم در برابر خطا بر روی پردازنده کوانتومی یون‌به‌دام‌افتاده H2 خود تله‌پورت کند و به فیدلیتی 97.5٪ دست یابد. این موفقیت، اولین نمایش تله‌پورت کیوبیت منطقی است که با استفاده از کدهای تصحیح خطا انجام شده و فرآیند را پایدارتر از تله‌پورت کیوبیت فیزیکی می‌سازد. در این کار، دو تکنیک کلیدی به نام‌های "transversal gates" و "lattice surgery " مورد استفاده قرار گرفتند تا اطلاعات کوانتومی در میان کیوبیت‌های درهم‌تنیده تله‌پورت شود.
این مطالعه که در Science منتشر شده است، یک پیشرفت بزرگ در زمینه محاسبات کوانتومی مقیاس‌پذیر و شبکه‌های کوانتومی است. با استفاده از یک کد تصحیح خطای کوانتومی به نام کد استین (Steane code)، کوانتینیوم توانست کیوبیت‌ها را در طول فرآیند تله‌پورت پایدار کند. کد رنگی (color code) به صورت آنی اجرا شد و به پژوهشگران اجازه داد تله‌پورت کوانتومی مقاوم در برابر خطا را انجام دهند. در این فرآیند، کیوبیت‌های منطقی به وسیله چندین کیوبیت فیزیکی رمزگذاری می‌شوند، که این کار از کیوبیت‌ها در برابر نویز محیطی محافظت کرده و آنها را نسبت به کیوبیت‌های فیزیکی که در معرض خطا قرار دارند، قابل اطمینان‌تر می‌کند.
دو روش مورد استفاده، "transversal gates" و "lattice surgery "، نتایج متفاوتی به همراه داشتند. transversal gates به فیدلیتی بالای 97.5٪ دست یافتند، در حالی که lattice surgery که برای انجام عملیات مرزهای کیوبیت را دستکاری می‌کند، فیدلیتی کمتری (85.1٪) را نشان داد. با این حال، این آزمایش نخستین پیاده‌سازی lattice surgery در یک سیستم مقاوم در برابر خطا را نمایش داد.
این پژوهش تأثیرات مهمی برای آینده شبکه‌های کوانتومی و سیستم‌های کوانتومی مقیاس بزرگ دارد. تله‌پورت کیوبیت منطقی با تصحیح خطای درونی خود، برای پیشرفت شبکه‌های ارتباطی کوانتومی که قادر به انتقال کیوبیت‌ها به مسافت‌های طولانی به صورت ایمن هستند، ضروری است. این قابلیت به ویژه برای زمینه‌هایی مانند رمزنگاری و علوم مواد که نیاز به محاسبات پیچیده کوانتومی دارند، بسیار ارزشمند است.
معماری پردازنده H2 که امکان اتصال همه به همه بین کیوبیت‌ها را فراهم می‌کند، نقش مهمی در اجرای روال‌های تصحیح خطای پیچیده بدون تأخیر قابل توجه داشت؛ عاملی حیاتی برای حفظ مقاومت در برابر خطا. این پژوهش نشان داد که رمزگشایی به صورت آنی انجام شده و در چهار مرحله کلیدی در طی پروتکل تله‌پورت، تصحیح خطا اعمال شد تا یکپارچگی حالت کوانتومی حفظ شود.
اگرچه این دستاورد بسیار مهم است، اما همچنان چالش‌هایی وجود دارد. به عنوان مثال، روشlattice surgery به دلیل افزایش تعداد گیت‌ها و خطاهای حافظه، دقت کمتری نشان داد. علاوه بر این، سیستم 30 کیوبیتی که در این آزمایش استفاده شد، هنوز در اندازه محدود است و برای پیاده‌سازی الگوریتم‌های کوانتومی پیچیده‌تر به سیستم‌های بزرگ‌تری نیاز است. پژوهش‌های آینده احتمالاً بر بهینه‌سازی پروتکل‌های تصحیح خطای کوانتومی، بهبود دقت تله‌پورت و گسترش این تکنیک‌ها به سیستم‌های کوانتومی بزرگ‌تر تمرکز خواهند کرد.
این کار گامی اساسی به سوی تحقق محاسبات و ارتباطات کوانتومی عملی است و ما را به سیستم‌های کوانتومی مقاوم در برابر خطا و مقیاس‌پذیر که قادر به انجام وظایفی فراتر از توان رایانه‌های کلاسیک هستند، نزدیک‌تر می‌کند.
منبع
https://thequantuminsider.com/2024/09/19/quantinuum-scientists-successfully-teleport-logical-qubit-with-fault-tolerance-and-fidelity/
https://www.quantinuum.com/blog/quantinuum-achieves-moonshot-years-ahead-of-schedule-demonstrating-fault-tolerant-high-fidelity-teleportation-of-a-logical-qubit
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp6016
