ریورساید، کالیفرنیا – در حالی که کامپیوترهای کوانتومی فعلی برای کاربردهای بزرگ بسیار کوچک هستند، یک مطالعه جدید به رهبری محققان دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، راه را برای ساخت معماری های کوانتومی مقیاس پذیر هموار کرده است.
این تحقیق که در ژورنال معتبر Physical Review A منتشر شده، نشان میدهد که چگونه میتوان با اتصال چندین چیپ کوانتومی کوچک به یکدیگر، یک سیستم واحد، قدرتمند و مقاوم در برابر خطا ایجاد کرد. این یک جهش بزرگ در مسیر ساخت سختافزارهای کوانتومی است، زیرا ثابت میکند که برای ساخت سیستمهای بزرگ، نیازی به منتظر ماندن برای سختافزارهای بینقص نیست.
چالش اتصال و راهحل «به اندازه کافی خوب»
تاکنون، یکی از بزرگترین موانع در مسیر معماری های کوانتومی مقیاس پذیر، مشکل «نویز» در اتصالات بین چیپهای جداگانه بوده است. به گفته محمد شلبی، نویسنده اصلی این مقاله، اتصالات بین چیپها، به ویژه آنهایی که در یخچالهای برودتی جداگانه قرار دارند، بسیار پرنویزتر از عملیات درون یک چیپ واحد است و این نویز میتواند کل سیستم را مختل کرده و مانع از عملکرد صحیح سیستمهای تصحیح خطا شود.
با این حال، تیم تحقیقاتی با انجام هزاران شبیهسازی، دریافتند که حتی زمانی که اتصالات بین چیپها تا ۱۰ برابر پرنویزتر از خود چیپها بودند، سیستم همچنان قادر به شناسایی و تصحیح خطاها بود. این یافته به این معناست که اتصالات میتوانند «به اندازه کافی خوب» باشند، نه لزوماً بینقص.
از کیوبیتهای فیزیکی تا کیوبیتهای منطقی
شلبی توضیح میدهد که در محاسبات کوانتومی، برای دستیابی به عملکرد قابل اعتماد، هر کیوبیت «منطقی» (واحد اطلاعاتی قابل استفاده) باید از خوشهای متشکل از صدها یا هزاران کیوبیت «فیزیکی» ساخته شود. این افزونگی به تصحیح خطاهایی که به طور طبیعی در سیستمهای کوانتومی شکننده رخ میدهند، کمک میکند.
رایجترین تکنیک تصحیح خطا، «کد سطحی» (surface code) نام دارد و چیپهای طراحی شده بر اساس این روش، میتوانند با مدیریت و تصحیح خطاهای داخلی خود، کیوبیتهای منطقی با دقت بالا را رمزگذاری کنند. این تحقیق نشان داد که میتوان این چیپهای مقاوم در برابر خطا را با موفقیت به یکدیگر متصل کرد و یک سیستم بزرگتر و همچنان قابل اعتماد ساخت.
تحلیل نهایی نبض ساختمان:
کشف جدید در زمینه معماری های کوانتومی مقیاس پذیر، فراتر از یک پیشرفت علمی، یک «تغییر نگرش» در مهندسی سیستمهای پیچیده است. این تحقیق، وسواس برای رسیدن به «کمال» در هر جزء را به چالش میکشد و نشان میدهد که میتوان با یک رویکرد ماژولار و پذیرش «نقص کنترلشده» در اتصالات، به یک سیستم کلی کارآمد و مقاوم دست یافت. این فلسفه میتواند الهامبخش صنعت ساختمان نیز باشد.
به جای تلاش برای ساخت یک ساختمان یکپارچه و غولپیکر بینقص (که اغلب غیرممکن و بسیار پرهزینه است)، میتوان با تمرکز بر روی ساخت ماژولهای پیشساخته با کیفیت بسیار بالا و اتصال آنها با روشهایی که «به اندازه کافی خوب» و مقاوم هستند، به نتایج سریعتر، اقتصادیتر و پایدارتری رسید. این تحقیق به ما یادآوری میکند که گاهی اوقات، هوشمندانهترین راه، نه در تلاش برای رسیدن به کمال ایدهآل، بلکه در مدیریت هوشمندانه نقصهای دنیای واقعی نهفته است.
نبض ساختمان؛ رصد تحولات، پیشبینی آینده.
