اخبار کوانتومی – شرکت Alice & Bob تصحیح خطای کوانتومی را با فشردن کیوبیت گربه بهبود می بخشد

عنوان خبر:  شرکت Alice & Bob تصحیح خطای کوانتومی را با فشردن کیوبیت گربه بهبود می بخشد
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی، تصحیح خطای کوانتومی

تاریخ انتشار خبر: 11 مارس 2025
لینک خبر: The Quantum Insider

چکیده:

Alice & Bob پیشرفت قابل توجهی در محاسبات کوانتومی با بهبود کیوبیت‌های گربه‌ای از طریق تکنیک جدیدی به نام “فشرده‌سازی یا چلاندن” انجام داده‌اند. این نوآوری خطاهای تغییر بیت را با فشرده‌سازی حالت کوانتومی کیوبیت‌ها کاهش داده و باعث افزایش استحکام آنها بدون افزایش خطاهای تغییر فاز میشود. آزمایش آنها نشان داد که عمر تغییر بیت 160 برابر بهبود یافته و از 138 میلی‌ثانیه به 22 ثانیه رسیده است، با حداقل تأثیر بر نرخ خطاهای تغییر فاز. فشرده‌سازی همچنین منجر به کاهش 50 درصدی infidelity در گیت Z شد و فیدلیتی گیت های کوانتومی را بهبود بخشید. این پیشرفت هزینه و پیچیدگی تصحیح خطای کوانتومی را کاهش میدهد و کیوبیت‌های گربه‌ای را به راه‌حل مقیاس‌پذیرتری برای محاسبات کوانتومی مقاوم به خطا تبدیل میکند. کاراین شرکت محاسبات کوانتومی را به نزدیک شدن به کاربردهای عملی در زمینه‌هایی مانند شیمی و علوم مواد سوق میدهد.

شرح کامل خبر:

پیشرفت اخیر Alice & Bob در زمینه محاسبات کوانتومی، تحولات قابل توجهی در فناوری کیوبیت‌های گربه‌ای ایجاد کرده است که چالشی بزرگ در تصحیح خطای کوانتومی را حل کرده است: کاهش خطاهای تغییر بیت در حالی که خطاهای تغییر فاز قابل مدیریت باقی می‌مانند. این تیم تکنیک جدیدی به نام فشرده‌سازی را پیاده‌سازی کرده‌اند که پایداری کیوبیت‌های گربه‌ای را با فشرده‌سازی وضعیت‌های کوانتومی آنها افزایش می‌دهد و منجر به بهبود 160 برابری در نرخ خطاهای تغییر بیت شده است.

پیش‌زمینه‌ای در مورد کیوبیت‌های گربه‌ای

کیوبیت‌های گربه‌ای، یک نوع از کیوبیت‌های ابررسانا، به دلیل پتانسیل آنها برای حل مشکلات اصلاح خطای کوانتومی در محاسبات کوانتومی، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. این کیوبیت‌ها، به ویژه کیوبیت‌های dissipative cat qubits، با ویژگی‌های داخلی اصلاح خطا متمایز می‌شوند. آنها با تداخل بین دو حالت برهم نهی همدوس، که به آنها “حالت‌های گربه‌ای” گفته می‌شود و در فضای فاز جدا شده‌اند، تثبیت می‌شوند. این جداسازی به طور قابل توجهی خطاهای تغییر بیت را کاهش می‌دهد، اما ممکن است به افزایش خطاهای تغییر فاز منجر شود.

در محاسبات کوانتومی، خطاهای تغییر بیت‌ (bit-flip errors) و خطاهای تغییر فاز (phase-flip errors) دو نوع اصلی نویز هستند که در دقت محاسبات کوانتومی اختلال ایجاد می کنند. خطاهای تغییر بیت‌ شامل تغییر حالت یک کیوبیت بین 0 و 1 است، در حالی که خطاهای تغییر فاز بر فاز نسبی بین حالت‌های کوانتومی تأثیر می‌گذارند. این خطاها به ویژه مشکل‌ساز هستند زیرا با مقیاس سیستم افزایش می‌یابند و بدون اصلاح خطای مؤثر، انجام محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ غیرممکن می‌شود.

مشکل و راه‌حل

مشکل اصلی کیوبیت‌های گربه‌ای، تعادل بین کاهش خطاهای تغییر بیت‌ و جلوگیری از افزایش غیرمستقیم خطاهای تغییر فاز است. یکی از روش‌ها برای کاهش خطاهای تغییر بیت‌، افزایش اندازه کیوبیت گربه‌ای است—یعنی با افزودن فوتون‌های بیشتر به حالت‌های برهم نهی. با این حال، این فرآیند احتمال فرار فوتون‌ها از سیستم را افزایش می‌دهد که باعث معرفی خطاهای تغییر فاز می‌شود.

راه‌حل پیشنهادی شرکت Alice & Bob فشرده‌سازی حالت کوانتومی کیوبیت‌های گربه‌ای است که همپوشانی بین دو حالت پایه را کاهش می‌دهد و در نتیجه تقویت سرکوب خطاها را به همراه دارد. با انجام این کار، خطاهای تغییر بیت‌ به حداقل می‌رسند بدون اینکه افزایش خطاهای تغییر فاز رخ دهد. این تکنیک فشرده‌سازی اساساً عملکرد کیوبیت‌ها را بدون نیاز به فوتون‌های اضافی یا طراحی مجدد بنیادی ساختار کیوبیت بهبود می‌بخشد و این را به یک راه‌حل مقرون به صرفه برای مقیاس‌بندی تصحیح خطای کوانتومی تبدیل می‌کند.

نمایش تجربی و نتایج

در نمایش تجربی خود، Alice & Bob نشان دادند که فشرده‌سازی به طور قابل توجهی طول عمر خطای تغییر بیت‌ کیوبیت‌های گربه‌ای را بهبود می‌بخشد. بدون فشرده‌سازی، کیوبیت‌ها طول عمر تغییر بیت‌ 138 میلی‌ثانیه را با میانگین 4.9 فوتون برای هر کیوبیت نشان دادند. با این حال، پس از فشرده‌سازی کیوبیت‌های گربه‌ای، حتی با میانگین کمی کاهش‌یافته 4.1 فوتون، طول عمر تغییر بیت‌ به طور چشمگیری به 22 ثانیه افزایش یافت—افزایشی 160 برابری.

این بهبود در سرکوب تغییر بیت‌ بدون هیچ افزایش منفی در خطاهای تغییر فاز حاصل شد. در واقع، نرخ خطای تغییر فاز همچنان بسیار پایین باقی ماند، با احتمال تغییر فاز تنها 0.085. علاوه بر این، تکنیک فشرده‌سازی باعث کاهش 50 درصدی infidelity گیت Z شد و فیدلیتی عملیات کوانتومی را بهبود بخشید.

نتایج زمانی حتی شگفت‌انگیزتر می‌شود که امکان مقیاس‌پذیری را در نظر بگیریم. تکنیک فشرده‌سازی، کیوبیت‌های گربه‌ای را قابل اطمینان‌تر می‌کند و به طور قابل توجهی سربار تصحیح خطای کوانتومی را کاهش می‌دهد. بهبود عملکرد، بدون نیاز به طراحی‌های جدید سخت‌افزاری یا تغییرات، این فناوری را به عنوان یک راه‌حل مقیاس‌پذیر برای دستیابی به محاسبات کوانتومی مقاوم در برابر خطا قرار می‌دهد.

پیامدها برای محاسبات کوانتومی مقاوم در برابر خطا

ترکیب کاهش همزمان خطاهای تغییر بیت‌ و تغییر فاز در حالی که فرایند اصلاح خطا را ساده می‌کند، محاسبات کوانتومی را به هدف محاسبات کوانتومی مقاوم در برابر خطا و جهان شمول نزدیک‌تر می‌کند. با فشرده‌سازی کیوبیت‌های گربه‌ای، Alice & Bob عملاً حالت‌های کوانتومی را فشرده کرده‌اند و نیاز به منابع گسترده تصحیح خطا را کاهش داده‌اند که برای مقیاس‌بندی پردازشگرهای کوانتومی به اندازه‌های مورد نیاز برای کاربردهای عملی حیاتی است.

این پیشرفت به ویژه برای صنایعی که برای مسائل پیچیده به شبیه سازی های کوانتومی متکی هستند، مانند شیمی و علم مواد، که در آن سیستم های کوانتومی بزرگ برای مدل سازی دقیق فعل و انفعالات مولکولی و خواص مواد مورد نیاز هستند، مهم است. تکنیک فشرده‌سازی نه تنها کارایی تصحیح خطای کوانتومی را بهبود می‌بخشد، بلکه هزینه‌های مربوط به آن را نیز کاهش می‌دهد و این امکان را فراهم می‌آورد که کامپیوترهای کوانتومی را برای حل مشکلات دنیای واقعی کاربردی‌تر سازد.

منابع:

[1] https://thequantuminsider.com/2025/03/11/alice-bob-improves-quantum-error-correction-by-squeezing-cat-qubits/

[2] https://arxiv.org/pdf/2502.07892

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