حوسبة السيليكون الكمومية تحقق دقة بنسبة 99 بالمائة لأول مرة

إن أجهزة الكمبيوتر الكمومية المصنوعة من نفس المواد الخام المستخدمة في رقائق الكمبيوتر القياسية تحمل وعدًا واضحًا، لكنها حتى الآن تعاني من معدلات خطأ عالية. يبدو أن هذا جاهز لتشانgه بعد عرض بحث جديدed أصبحت الكيوبتات السيليكونية الآن دقيقة بما يكفي لتشغيل كود شائع لتصحيح الأخطاء.

إن أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تتصدر كل العناوين الرئيسية اليوم تميل إلى أن يتم تصنيعها باستخدام الكيوبتات فائقة التوصيل، مثل تلك التي تنتجها شركة جوجل وشركة جوجل. IBM، أو الأيونات المحاصرة، مثل تلك الموجودة في IonQ و هانيويل. ولكن على الرغم من مآثرها المثيرة للإعجاب، فإنها تشغل غرفًا بأكملها ويجب أن يتم صناعتها يدويًا بشق الأنفس على يد بعض ألمع العقول في العالم.

ولهذا السبب يحرص الآخرون على الاستفادة من اختراقات التصغير والتصنيع التي حققناها باستخدام الأجهزة التقليدية شرائح الكمبيوتر عن طريق بناء المعالجات الكمومية من السيليكون. الأبحاث مستمرة في هذا المجال منذ سنوات، وأنار 'ليس من المستغرب أن يكون هذا هو المسار الذي تسلكه إنتل في السباق الكمي. ولكن على الرغم من التقدم، فقد ابتليت الكيوبتات السيليكونية بمعدلات خطأ عالية مما حد من فائدتها.

إن الطبيعة الدقيقة للحالات الكمومية تعني أن الأخطاء تمثل مشكلة لجميع هذه التقنيات، وستكون هناك حاجة إلى خطط لتصحيح الأخطاء حتى يصل أي منها إلى نطاق كبير. لكن هذه المخططات لن تنجح إلا إذا أمكن الإبقاء على معدلات الخطأ منخفضة بالقدر الكافي؛ في الأساس، يجب أن تكون قادرًا على تصحيح الأخطاء بشكل أسرع مما تظهر.

تُعرف عائلة مخططات تصحيح الأخطاء الواعدة اليوم باسم "الرموز السطحية" وتتطلب عمليات على الكيوبتات أو بينها للعمل بدقة أعلى من 99. فى المائة. لقد استعصى ذلك منذ فترة طويلة على كيوبتات السيليكون، ولكن في العدد الأخير من الطبيعة أبلغت ثلاث مجموعات منفصلة عن كسر هذه العتبة الحاسمة.

أول ورقتين من الباحثين في بتبريد في اليابان و QuTech, بالتعاون بين جامعة دلفت للتكنولوجيا والمنظمة الهولندية للبحث العلمي التطبيقي، استخدم النقاط الكمومية للكيوبتات. هذه مصائد صغيرة مصنوعة من أشباه الموصلات التي تحتوي على إلكترون واحد. يمكن تشفير المعلومات في الكيوبتات عن طريق التحكم في دوران الإلكترونات، وهي خاصية أساسية للجسيمات الأولية.

المفتاح لاختراق كلا المجموعتينs يعود السبب في المقام الأول إلى الهندسة الدقيقة للبتات الكمومية وأنظمة التحكم. لكن مجموعة QuTech استخدمت أيضًا أداة تشخيصية تم تطويره بواسطة باحثين في مختبرات سانديا الوطنية لتصحيح أخطاء نظامهم وضبطه، بينما اكتشف فريق RIKEN ذلكبينغ سرعة العمليات عززت الإخلاص.

مجموعة ثالثة من جامعة نيو ساوث ويلز اتخذ الباحثون نهجًا مختلفًا بعض الشيء، حيث استخدموا ذرات الفسفور المدمجة في شبكة السيليكون ككيوبتات خاصة بهم. يمكن لهذه الذرات الاحتفاظ بحالتها الكمومية لفترات طويلة للغاية مقارنة بمعظم الكيوبتات الأخرى، ولكن المفاضلة هي أنه من الصعب جعلها تتفاعل. كان الحل الذي توصلت إليه المجموعة هو ربط اثنتين من ذرات الفوسفور مع إلكترون، مما يمكنها من التحدث مع بعضها البعض.

تمكنت المجموعات الثلاث من تحقيق الإخلاص فوق 99 فى المائة لكل من عمليات البت الكمي المفردة والثنائية البتات، والتي تتجاوز عتبة تصحيح الخطأ. حتى أنهم تمكنوا من تنفيذ بعض الحسابات الأساسية لإثبات المبدأ باستخدام أنظمتهم. ومع ذلك، لا يزال أمامهم طريق طويل قبل صنع معالج كمي متسامح مع الأخطاء من السيليكون.

تحقيق عمليات الكيوبت عالية الدقة هو فقط صورة واحدة؟ متطلبات التصحيح الفعال للأخطاء. والآخر هو وجود عدد كبير من الكيوبتات الاحتياطية التي يمكن تخصيصها لهذه المهمة، بينما تركز الباقي على أي مشكلة تم ضبطها على المعالج.

كمرافقة التحليل في الطبيعة كما يلاحظ، من المؤكد أن إضافة المزيد من الكيوبتات إلى هذه الأنظمة سيؤدي إلى تعقيد الأمور، وسيكون الحفاظ على نفس الدقة في الأنظمة الأكبر أمرًا صعبًا. إيجاد الطريقs سيكون ربط الكيوبتات عبر الأنظمة الكبيرة تحديًا أيضًا.

ومع ذلك، هناك وعد بالقدرة على بناء حواسيب كمومية مدمجة باستخدام نفس الطريقة المجربةشارع التكنولوجيا كما تشير أجهزة الكمبيوتر الموجودة إلى أن هذه مشاكل تستحق محاولة حلها.

الصورة الائتمان: جامعة نيو ساوث ويلز / توني ميلوف

المصدر: https://singularityhub.com/2022/01/21/silicon-quantum-computing-achieves-99-percent-accuracy-for-the-first-time/