خلاصه
شرکت D-Wave در نشریه Nature گزارش داد توانسته دو کوبیت مبتنی بر معماری دو-ریل را در حالت درهمتنیدگی قرار دهد، بدون آنکه قابلیت کلیدی این کوبیتها — امکان تشخیص سریع حذف فوتون — مختل شود. این نشان میدهد معماری دو-ریل میتواند عملیات دو-بیتی لازم برای محاسبات مبتنی بر گیت را پشتیبانی کند و همزمان امکان تشخیص سختافزاری خطای حذف فوتون را حفظ نماید.
پیشزمینه
دیویو که از اواخر قرن بیستم فعالیت خود را آغاز کرده، ابتدا بر آنیلر کوانتومی تمرکز داشت و بعدها به توسعه سختافزار مبتنی بر گیت روی آورد. این شرکت از طراحی نسبتا غیرمتعارف فلکسونیوم بهره گرفت و اخیراً استارتاپ Quantum Circuits را در اختیار گرفت؛ تیمی که روی «کوبیت دو-ریل» کار میکرد، همان رویکردی که شرکتهایی مانند آمازون نیز به آن توجه نشان دادهاند.
معماری دو-ریل و اصول عملکرد
کوبیتهای دو-ریل بر پایه دو رزوناتور جفتشده ساخته میشوند؛ یک فوتون منفرد یا در رزوناتور چپ است یا در راست، و حالت برهمنهی این دو موقعیت نقش یک کوبیت را ایفا میکند. مزیت عملی این معماری این است که شایعترین خطا، فرار فوتون از سختافزار است؛ خطایی که اطلاعات را پاک میکند و به همین دلیل گاه از آن تحت عنوان «کوبیت پاکشدنی» یاد میشود. در عمل میتوان با ابزارهای مناسب وقوع حذف فوتون را سریعاً آشکار کرد و از این رو نیاز به اختصاص کوبیتهای اضافی برای تشخیص این نوع خطاها در هر بلوک تصحیح، کاهش مییابد.
نتایج کلیدی
- آشکارسازی آسان حذف فوتون: حذف فوتون را میتوان با حسگرهای سختافزاری سریع تشخیص داد و بدین ترتیب بار سربار تصحیح خطا کاهش مییابد.
- حفظ درهمتنیدگی: نمایش درهمتنیدگی بین دو کوبیت دو-ریل نشان میدهد عملیات دو-بِیتی لازم برای گیتهای کوانتومی قابل اجراست بدون از بین رفتن امکان تشخیص خطا.
- الویتبندی خطاها: مراتب شایع بودن خطاها در این معماری به ترتیب حذف فوتون، تغییر فاز و سپس معکوسشدن بیت (bit flip) است، که این توزیع امکان طراحی کدهای تصحیح خطای هدفمند را فراهم میکند.
نتایج آزمایش و نکات فنی
محققان نشان دادند میتوان حالتهایی را نگهداری کرد که قابلیت آشکارسازی پاکشدگی فوتون را حفظ میکنند و در عین حال درهمتنیدگی بین کوبیتها برقرار و کنترل شود. به عبارت دیگر، عملیات چند-کوبیتی و سنجشهای مورد نیاز برای الگوریتمهای مبتنی بر گیت قابل اجرا هستند، در حالی که تشخیص وقوع خطاهای حذف فوتون همچنان عملی و سریع باقی میماند. برای پیشرفت در این مسیر لازم است زمان بقای فوتون افزایش یابد، کیفیت رزوناتورها ارتقا یابد و گیتهای چند-کوبیتی قابل اعتماد توسعه یابند.
پیامدها برای تصحیح خطا
کاهش پیچیدگی لازم برای تشخیص شایعترین خطاها میتواند هزینه اجرای کدهای تصحیح خطا را بهطور چشمگیر پایین بیاورد. در بسیاری از سامانههای مبتنی بر کوبیتهای ابررسانا یا تلههای یون، تشخیص و اصلاح خطا به کوبیتهای سربار زیاد نیاز دارد؛ اما معماری دو-ریل این امکان را فراهم میآورد که بخشی از وظیفه تشخیص خطاها را به حسگرهای سختافزاری محول کنیم و فشار روی کدهای نرمافزاری را کاهش دهیم.
چشمانداز و گامهای بعدی
این دستاورد آزمایشی اعتبارسنجی مهمی برای معماری دو-ریل محسوب میشود، اما فاصلهای تا تبدیل این فنآوری به پلتفرمی مقیاسپذیر و عملیاتی باقی است. تیمهای پژوهشی باید روی افزایش زمان بقای فوتون، بهبود مشخصه رزوناتورها و توسعه گیتهای چند-کوبیتی با نرخ خطای پایین کار کنند. در صورت موفقیت، ترکیب آشکارسازی سختافزاری خطا و گیتهای مطمئن میتواند راه را برای سامانههای کوانتومی بزرگتر هموار سازد.
برای مطالعه بیشتر درباره مفاهیم مرتبط میتوانید به صفحه آنیلر کوانتومی و معرفی فلکسونیوم در ویکیپدیا مراجعه کنید.
