گامی بزرگ در حل چالش‌های رایانش کوانتومی با چیپ جدید گوگل Willow
با وجود پیشرفت‌های اخیر در راستای عملی کردن رایانه‌های کوانتومی، سیستم‌های مبتنی بر کیوبیت همچنان ناپایدار هستند و به شدت در معرض خطا قرار دارند. با این حال، گوگل به نظر می‌رسد گام بزرگی در حل این مشکل برداشته است.با مازستا همراه باشید.
مهندسان گوگل با معرفی تراشه کوانتومی جدیدی به نام Willow موفق شده‌اند به دستاوردی مهم در مدیریت خطا دست یابند. آن‌ها توانسته‌اند یک کیوبیت منطقی را به اندازه‌ای پایدار کنند که خطاها تنها یک بار در هر ساعت رخ دهند؛ پیشرفتی چشمگیر نسبت به سیستم‌های قبلی که هر چند ثانیه یک‌بار دچار خطا می‌شدند.
کیوبیت‌ها، عناصر اصلی رایانش کوانتومی گوگل Willow
کیوبیت‌ها، واحدهای اساسی اطلاعات در رایانه‌های کوانتومی هستند. برخلاف بیت‌های رایانه‌های کلاسیک که تنها مقادیر 0 یا 1 را ذخیره می‌کنند، کیوبیت‌ها می‌توانند حالتی از 0، 1 یا ترکیبی از هر دو (برهم‌نهی) را ذخیره کنند.
این ویژگی، کیوبیت‌ها را به ابزاری قدرتمند برای حل مسائلی تبدیل کرده که رایانه‌های کلاسیک به زمان بسیار طولانی برای حل آن‌ها نیاز دارند یا اصلاً قادر به حل آن‌ها نیستند.
چالش بزرگ حساسیت بالای کیوبیت‌ها
کیوبیت‌ها ذاتاً بسیار حساس هستند و به راحتی تحت تأثیر محیط قرار گرفته و برهم‌نهی خود را از دست می‌دهند. در حال حاضر، سیستم‌های کوانتومی می‌توانند به پایداری 99.9 درصدی برسند، اما برای کاربردهای عملی، نرخ خطا باید به یک در یک تریلیون کاهش یابد.
رویکرد گوگل تصحیح خطا
برای کاهش خطاها، محققان اطلاعات یک کیوبیت منطقی را میان چندین کیوبیت فیزیکی گسترش می‌دهند. با این حال، این روش تنها زمانی کارآمد است که کیوبیت‌های اضافی بتوانند خطاها را سریع‌تر از میزان تولیدشان تصحیح کنند.
مایکل نیومن و کوین سَتزینگر، دانشمندان تیم هوش مصنوعی کوانتومی گوگل، در این باره می‌گویند:
“Willow اولین پردازنده‌ای است که کیوبیت‌های تصحیح‌شده در آن با افزایش تعداد، به صورت نمایی بهتر عمل می‌کنند. هر بار که تعداد کیوبیت‌های رمزگذاری‌شده را از شبکه 3×3 به 5×5 و سپس به 7×7 افزایش می‌دهیم، نرخ خطای رمزگذاری‌شده به نصف کاهش می‌یابد.”
نوآوری در تراشه گوگل Willow
تراشه Willow دارای 105 کیوبیت فیزیکی است و با استفاده از ترکیبی از معماری پیشرفته و الگوریتم‌های تصحیح خطا موفق به کاهش قابل‌توجه نرخ خطا شده است. این دستاورد نشان‌دهنده حل یکی از چالش‌های بزرگ از زمان معرفی تکنیک‌های تصحیح خطا در دهه 1990 است.
تحقق وعده تصحیح نمایی خطا
این پیشرفت نشان‌دهنده تحقق وعده سرکوب نمایی خطا در رایانه‌های کوانتومی است؛ هدفی که نزدیک به 30 سال پیش برای این حوزه مطرح شد. تراشه Willow علاوه بر کاهش خطا، قادر است وظیفه‌ای کوانتومی خاص را تنها در پنج دقیقه انجام دهد. این وظیفه در رایانه‌های کلاسیک، حتی سریع‌ترین ابررایانه‌ها، به 10 سپتیلیون سال زمان نیاز دارد.
اگرچه این وظیفه به طور خاص برای رایانه‌های کوانتومی طراحی شده است، اما به خوبی پتانسیل این فناوری را نشان می‌دهد.
آینده رایانش کوانتومی
با وجود این پیشرفت‌ها، خطاها در سیستم‌های کوانتومی هرگز به طور کامل از بین نمی‌روند. هدف محققان، کاهش نرخ خطاها به حدی است که پردازش کوانتومی کاربردی شود. این امر نیازمند سخت‌افزار پیشرفته‌تر، کیوبیت‌های بیشتر، و الگوریتم‌های بهینه‌تر است.
نیومن و سَتزینگر در پایان می‌گویند:
“تصحیح خطای کوانتومی اکنون به نظر می‌رسد که کار می‌کند، اما شکاف بزرگی بین نرخ خطای یک در هزار امروز و نرخ خطای یک در یک تریلیون مورد نیاز برای آینده وجود دارد.”
