محاسبات کوانتومی سیلیکون برای اولین بار به 99 درصد دقت دست می یابد

کامپیوترهای کوانتومی ساخته شده از مواد اولیه مشابه تراشه‌های کامپیوتری استاندارد، نوید آشکاری دارند، اما تاکنون با نرخ خطای بالایی دست و پنجه نرم کرده‌اند. که به نظر می رسد به چانge پس از تحقیقات جدید نشان می دهدed کیوبیت های سیلیکونی اکنون به اندازه کافی دقیق هستند تا یک کد تصحیح خطای رایج را اجرا کنند.

رایانه‌های کوانتومی که امروزه همه سرفصل‌ها را به خود اختصاص می‌دهند، معمولاً با استفاده از کیوبیت‌های ابررسانا ساخته می‌شوند، مانند رایانه‌های گوگل و آی بی ام، یا یون های به دام افتاده، مانند یون های IonQ و شرکت Honeywell. اما علی‌رغم شاهکارهای چشمگیرشان، اتاق‌های کاملی را اشغال می‌کنند و باید به سختی توسط برخی از درخشان‌ترین ذهن‌های جهان ساخته شوند.

به همین دلیل است که دیگران مایلند پیشرفت‌های کوچک‌سازی و ساختی را که ما با روش‌های معمولی به دست آورده‌ایم، پیش‌بینی کنند. تراشه های رایانه ای با ساخت پردازنده های کوانتومی از سیلیکون. سالها تحقیق در این زمینه در حال انجام است و منT 'مسیری که اینتل در مسابقه کوانتومی در پیش گرفته است جای تعجب ندارد. اما علیرغم پیشرفت، کیوبیت های سیلیکونی با نرخ خطای بالایی مواجه شده اند که کاربرد آنها را محدود کرده است.

ماهیت ظریف حالت‌های کوانتومی به این معنی است که خطاها برای همه این فناوری‌ها یک مشکل هستند و برای رسیدن هر یک از آنها به مقیاس قابل توجهی، طرح‌های تصحیح خطا مورد نیاز است. اما این طرح‌ها تنها زمانی کار می‌کنند که بتوان نرخ خطا را به اندازه کافی پایین نگه داشت. در اصل، شما باید بتوانید سریعتر از آنچه به نظر می رسد، خطاها را تصحیح کنید.

امیدوارکننده‌ترین خانواده طرح‌های تصحیح خطا امروزه به عنوان «کدهای سطحی» شناخته می‌شوند و برای عملکرد با وفاداری بالای 99 به عملیات روی یا بین کیوبیت‌ها نیاز دارند. در صد. این مدت‌هاست که از کیوبیت‌های سیلیکونی فرار کرده است، اما در آخرین شماره از طبیعت سه گروه جداگانه گزارش می دهند که این آستانه حیاتی را شکسته اند.

دو مقاله اول از محققان در خوشمزه در ژاپن و QuTech, با همکاری دانشگاه صنعتی دلفت و سازمان تحقیقات علمی کاربردی هلند، از نقاط کوانتومی برای کیوبیت ها استفاده شده است. اینها تله های کوچکی هستند که از نیمه هادی هایی ساخته شده اند که یک الکترون را در خود جای می دهند. اطلاعات را می توان با دستکاری اسپین الکترون ها، که یکی از ویژگی های اساسی ذرات بنیادی است، در کیوبیت ها رمزگذاری کرد.

کلید موفقیت هر دو گروهs در درجه اول به مهندسی دقیق کیوبیت ها و سیستم های کنترل مربوط می شد. اما گروه QuTech نیز استفاده کرد یک ابزار تشخیصی توسط محققان آزمایشگاه ملی ساندیا برای اشکال زدایی و تنظیم دقیق سیستم آنها توسعه یافته است، در حالی که تیم RIKEN کشف کرده است که تاپینگ سرعت عملیات وفاداری را افزایش داد.

گروه سوم از دانشگاه نیو ساوت ولز رویکرد کمی متفاوت را در پیش گرفت و از اتم‌های فسفر که در شبکه سیلیکونی به عنوان کیوبیت‌هایشان تعبیه شده بود استفاده کرد. این اتم‌ها می‌توانند حالت کوانتومی خود را در مقایسه با اکثر کیوبیت‌های دیگر برای زمان‌های بسیار طولانی حفظ کنند، اما موازنه این است که وادار کردن آنها به تعامل سخت است. راه حل این گروه این بود که دو تا از این اتم های فسفر را با یک الکترون درهم ببندند که آنها را قادر می سازد با یکدیگر صحبت کنند.

هر سه گروه توانستند به وفاداری های بالای 99 دست یابند در صد برای هر دو عملیات تک کیوبیت و دو کیوبیت که از آستانه تصحیح خطا عبور می کند. آن‌ها حتی موفق شدند با استفاده از سیستم‌های خود، محاسبات پایه‌ای اثبات اصل را انجام دهند. با این وجود، آنها هنوز تا ساختن یک پردازنده کوانتومی مقاوم به خطا از سیلیکون فاصله زیادی دارند.

دستیابی به عملیات کیوبیت با وفاداری بالا تنها است یک از الزامات برای تصحیح خطای موثر دیگری داشتن تعداد زیادی کیوبیت یدکی است که می توان به این کار اختصاص داد، در حالی که بقیه بر روی هر مشکلی که پردازنده تنظیم شده است تمرکز می کنند.

به عنوان همراه تجزیه و تحلیل در طبیعت توجه داشته باشید، افزودن کیوبیت‌های بیشتر به این سیستم‌ها قطعاً کار را پیچیده می‌کند و حفظ همان وفاداری در سیستم‌های بزرگ‌تر دشوار خواهد بود. یافتن راهs اتصال کیوبیت ها در سیستم های بزرگ نیز یک چالش خواهد بود.

با این حال، این وعده قادر به ساخت کامپیوترهای کوانتومی فشرده با استفاده از همان آزمایش و تی استخیابان همانطور که رایانه‌های موجود نشان می‌دهد فناوری، مشکلاتی هستند که ارزش حل آن را دارند.

تصویر های اعتباری: UNSW/تونی ملوف

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