اكتشاف جديد في الحوسبة الكمومية؟

اكتشاف جديد في الحوسبة الكمومية
اكتشاف جديد في الحوسبة الكمومية - اخترع فريق بقيادة جيف طومسون في جامعة برينستون طريقة أكثر كفاءة لتصحيح الأخطاء في أجهزة الكمبيوتر الكمومية. ائتمانات: Muza Productions / Gabriele Meilikhov

مع اكتشاف طريقة جديدة تمامًا لتصحيح الأخطاء في الحوسبة الكمومية ، قد تتم إزالة عقبة رئيسية أمام مجال حوسبة جديد قوي.

تصحيح الأخطاء على أجهزة الكمبيوتر القديمة هو موضوع متقدم إلى حد ما. لتكون قادرًا على إرسال واستقبال البيانات عبر موجات الراديو المعقدة ، يجب التحكم في كل هاتف محمول وضبطه. تعتمد قدرة أجهزة الكمبيوتر الكمومية على حل المشكلات المعقدة التي تتجاوز قدرات أجهزة الكمبيوتر العادية على قدرتها على التحكم في السلوك العابر للغاية للجسيمات دون الذرية. هذه الإجراءات الحسابية مؤقتة لدرجة أنه حتى اختبار أخطائها يخاطر بإغلاق النظام بأكمله.

في بحث نظري نُشر في مجلة Nature Communications ، قام فريق متعدد التخصصات بقيادة جيف طومسون ، الأستاذ المشارك في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في جامعة برينستون ، بما في ذلك Yue Wu و Shruti Puri و Shimon Kolkowitz من جامعة Yale وجامعة Wisconsin- ماديسون ، أظهر كيف يمكنهم زيادة تحمل الكمبيوتر الكمي للأخطاء بشكل كبير وتقليل كمية المعلومات الزائدة اللازمة لعزل وتصحيح هذه الأخطاء. الطريقة الجديدة ، التي تزيد معدل الخطأ المسموح به من 1٪ إلى 4٪ ، تجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية قيد التطوير حاليًا قابلة للتطبيق.

وفقًا لـ Thompson ، فإن العمليات التي تريد إجراؤها في أجهزة الكمبيوتر الكمومية صاخبة ، مما يعني أن العمليات الحسابية تخضع لأنماط مختلفة من الخطأ.

يمكن أن يكون الخطأ في الكمبيوتر التقليدي بسيطًا مثل تبديل بت الذاكرة بطريق الخطأ من 1 إلى 0 ، أو يمكن أن يكون معقدًا مثل العديد من أجهزة التوجيه اللاسلكية التي تتداخل. يعد إنشاء بعض التكرار لمقارنة كل جزء من البيانات مع التكرارات استراتيجية نموذجية للتغلب على مثل هذه المشكلات. ومع ذلك ، تتطلب هذه الاستراتيجية المزيد من البيانات وتزيد من احتمال الخطأ. لذلك ، لا يعمل إلا إذا كانت الغالبية العظمى من المعلومات المتاحة صحيحة. خلاف ذلك ، فإن مقارنة البيانات الخاطئة بالبيانات الخاطئة لا يؤدي إلا إلى تعميق الخطأ.

وفقًا لـ Thompson ، يعد التكرار أسلوبًا سيئًا إذا كان معدل الخطأ الأساسي مرتفعًا جدًا. أكبر عقبة هي خفض هذا الحاجز.

زاد فريق Thompson من وضوح الأخطاء بدلاً من التركيز فقط على تقليل مقدار الأخطاء. بعد بحث مكثف في المصادر المادية للخطأ ، طور الفريق تقنية تقضي بشكل فعال على المصدر الأكثر شيوعًا للخطأ ، بدلاً من مجرد استبدال البيانات التالفة. وفقًا لطومسون ، يعد هذا السلوك مثالًا لنوع معين من الأخطاء يُعرف باسم "خطأ الحذف" الذي يسهل بطبيعته تصحيحه من البيانات الفاسدة التي تشبه أي بيانات أخرى.

على جهاز كمبيوتر تقليدي ، إذا ظهرت حزمة من المعلومات المكررة على أنها 11001 ، فقد يكون من الخطر افتراض أن القيم الأكثر شيوعًا هي صحيحة والصفر خاطئة. ومع ذلك ، يكون الموقف أقوى إذا ظهرت المعلومات على شكل 1XX0 وكانت البتات التالفة في وضع التشغيل.

زعم طومسون أنه نظرًا لأنك على دراية بأخطاء الحذف ، فمن الأسهل إصلاحها. لا يجوز لهم المشاركة في تصويت الأغلبية. هذه ميزة مهمة.

في حين أن أخطاء الحذف في أجهزة الكمبيوتر التقليدية مفهومة جيدًا ، إلا أن الباحثين لم يفكروا سابقًا في بناء أجهزة كمبيوتر كمومية من شأنها تحويل الأخطاء إلى عمليات حذف ، وفقًا لطومسون.

وفقًا لطومسون ، يمكن لهذا الجهاز في الواقع أن يتحمل معدل خطأ يبلغ 4,1٪ ، وهو أمر ممكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية.

وفقًا لـ Thompson ، فإن تصحيح الأخطاء الأكثر تقدمًا في الأنظمة السابقة يمكن أن يتحمل فقط أخطاء أقل من 1٪ ، وهو ما يتجاوز قدرة أي نظام كمي حالي مع عدد كبير من الكيوبتات.

كانت قدرة الفريق على إنشاء أخطاء في الحذف ميزة مفاجئة لقرار اتخذه Thompson في الماضي. يدرس عملهم "كيوبتات ذرية محايدة" ، حيث يتم استخدام ذرة واحدة لتخزين "كيوبت" من المعلومات الكمومية. هم الذين اخترعوا هذا التطبيق لعنصر الإيتربيوم. وفقًا لطومسون ، يحتوي الإيتربيوم على إلكترونين في هذه الطبقة ، على عكس معظم الكيوبتات الذرية المحايدة الأخرى التي تحتوي على إلكترون واحد فقط في الطبقة الخارجية من الإلكترون.

قال طومسون كمثال: "أتخيل هذا كسكين للجيش السويسري ، وهذا الإيتربيوم هو سكين سويسري أكبر وأكثر بدانة". "تحصل على الكثير من الأدوات الجديدة من التعقيد الإضافي لامتلاك إلكترونين."
اتضح أن القضاء على الأخطاء هو استخدام لهذه الأدوات الإضافية. اقترحت المجموعة رفع إلكترونات الإيتربيوم من "حالاتها الأرضية" المستقرة إلى مستويات مثارة تُعرف باسم "الحالات غير المستقرة" ، والتي يمكن أن تكون طويلة العمر ولكنها هشة بشكل أساسي في ظل ظروف مواتية. اقتراح الباحثين لتشفير المعلومات الكمومية باستخدام هذه الحالات هو أمر غير بديهي.

لاحظ طومسون أن الإلكترونات تبدو وكأنها تسير على حبل مشدود. بالإضافة إلى ذلك ، تم تصميم النظام بطريقة تجعل العناصر نفسها التي تسببت في عدم الدقة تتسبب في انزلاق الإلكترونات عن السلسلة.

يمكن إضاءة مجموعة من كيوبت الإيتربيوم ، ولكن فقط تلك المعيبة ستحترق ، كمكافأة إضافية ، تشتت الإلكترونات الضوء بشكل واضح للغاية بعد وصولها إلى الحالة الأرضية. لا ينبغي اعتبار أولئك الذين يسلطون الضوء على أنهم أخطاء. يتطلب هذا التطور الجمع بين المعرفة من نظرية تصحيح الخطأ الكمومي وأجهزة الحوسبة الكمومية ، والاستفادة من الطبيعة متعددة التخصصات والتعاون الوثيق لفريق البحث.

في حين أن آليات هذا التكوين فريدة من نوعها بالنسبة لذرات الإيتربيوم من طومسون ، فقد جادل بأن فكرة تصميم كيوبتات كمومية لإنتاج أخطاء محو يمكن أن تكون هدفًا مفيدًا في أنظمة أخرى ، يتم تطوير العديد منها الآن على مستوى العالم. وأضاف طومسون أن المجموعة لا تزال تعمل على هذه الفكرة.

وفقًا لطومسون ، بدأت مجموعات أخرى بالفعل في تصميم أنظمتها لتحويل الأخطاء إلى مسح. قال طومسون: "نرى أن هذا البحث يكشف عن نوع من الهندسة المعمارية التي يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من الطرق". قال الباحث: "نحن مهتمون بالفعل باكتشاف التكيفات لهذه المهمة".

يعمل فريق Thompson حاليًا على عرض توضيحي لتحويل الأخطاء إلى حذف في كمبيوتر كمي تشغيلي متواضع يدمج العشرات من الكيوبتات كخطوة تالية.

المصدر: scitechdaily

Günceleme: 06/10/2022 11:16

إعلانات مماثلة

1 المرجع / اشارة رجعية

  1. كان لديهم تسلسل فيبوناتشي يقرأ على الكمبيوتر الكمومي كشفت حالة جديدة للمادة

Yorumunuz