تحتوي بعض أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية على تصحيح خطأ مدمج في ذاكرتها بناءً على وحدات البت ؛ أجهزة الكمبيوتر الكم سيحتاج أيضًا إلى آليات تصحيح الأخطاء ، استنادًا إلى الكيوبتات الأكثر حساسية إلى حد كبير لتكون قابلة للتطبيق في المستقبل.
معدات القياس الإلكترونية - صورة توضيحية. رصيد الصورة: John Barkiple عبر Unsplash ، ترخيص مجاني
اتخذ باحثو كورنيل مؤخرًا خطوة نحو الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء: فقد قاموا ببناء نموذج بسيط يحتوي على جسيمات غريبة تسمى أيونات غير أبيلية ، وهي مدمجة وعملية بما يكفي لتشغيلها على أجهزة كمومية حديثة. إن إدراك هذه الجسيمات ، التي لا يمكن أن توجد إلا في بعدين ، هو خطوة نحو تنفيذها في العالم الحقيقي.
بفضل بعض التفكير الإبداعي ، يوري لينسكي ، زميل سابق في معهد بيث / ويلكينز / كافلي في جامعة كورنيل (KIC) ما بعد الدكتوراه في الفيزياء في كلية الآداب والعلوم (A&S) ، بالتعاون مع يون آه كيم، أستاذ الفيزياء (A&S) ، توصل إلى "وصفة" بسيطة يمكن استخدامها في الحوسبة القوية باستخدام أي شخص غير أبيليان ، بما في ذلك تعليمات محددة لتنفيذ التأثير تجريبيًا على الأجهزة المتاحة اليوم.
ورقتهم ، "نظرية مقياس الرسم البياني لأشخاص متحركين غير أبليين في كود Qubit Stabilizer Code,"كتب بالتعاون مع المنظرين في Google Quantum AI ، وتم نشره في Annals of Physics.
أثبت باحثو Google Quantum AI و Lensky و Kim النظرية من خلال تجربة ناجحة كما ورد في منشور ما قبل الطباعة ، "مراقبة إحصاءات التبادل غير الأبيلي على معالج فائق التوصيل,"على منصة arXiv لتبادل الأبحاث.
قال لينسكي: "هذه الحالة ثنائية الأبعاد مثيرة للاهتمام من منظور فيزياء المادة المكثفة الكمومية - لها بعض الخصائص الجديدة الخاصة جدًا بالفيزياء ثنائية الأبعاد - ومن منظور المعلومات الكمومية".
"إنه شيء كمي حقًا ، ولكنه مفيد أيضًا للحسابات الكمومية. إنه يحمي أجزاء من المعلومات الكمية عن طريق تخزينها بشكل غير محلي ، ويسمح لنا بروتوكولنا بالحساب باستخدام هذه البتات ".
أوضح كيم المبدأ الذي يحرك أي شخص غير أبيلي من خلال حمل اثنين من الحديد متطابقة وزنها رطل واحد. عندما تعقد ذراعيها ، فإن الحديد المتماثل يغير مواقعه ، لكن ككائنات تحددها الفيزياء الكلاسيكية ، تظل حالتها كما هي. إنها قابلة للتبديل.
إذا كانت هذه الأوتار تمثل جسيمين كميين متطابقين ، فمن اللافت للنظر في أنظمة ثنائية الأبعاد معينة أن مساراتها عبر الزمكان يمكن أن تنتج سجلًا قابلاً للقياس للتغيير (تصور الأذرع المتقاطعة.) تسمى عملية التبادل هذه جديلة ، بعد أشكال الجسيم الممرات.
قال كيم ، "ميكانيكيًا الكم ، عندما تحرك أحد الجسيمات حول الآخر" ، وهو يحمل وزنًا ثابتًا ويتحرك الآخر في دائرة حوله ، "يمكن لدالة الموجة ، وهي حل لمعادلة شرودنجر التي تصف الحركة الميكانيكية الكمومية ، يمكن ضربها بعامل طور أو يمكن أن تصبح شيئًا مختلفًا تمامًا ".
عندما تكتسب الدالة الموجية علامة عالمية لا يمكن ملاحظتها إلا من خلال قياس التداخل ، وهو قياس تداخل الموجات ، يُطلق عليه اسم Abelian anyon. قالت إنه عندما تصبح الدالة الموجية مختلفة بشكل ملموس ، فإنها تكون أي شخص غير أبيلياني.
يمكن تسخير أيونات غير أبيلية لإنشاء كيوبتات محددة ليس على جسيم واحد ، ولكن على زوج من الجسيمات الكمومية المتطابقة: غير مشفر محليًا.
"إذا وضعت الكيوبت المشترك بين هذه الجسيمات في حالة صفرية وقمت بفصلها عن بعضها البعض ، فكل ما يحدث محليًا لأحد هذه الجسيمات ، ستبقى الحالة الصفرية. وقال كيم "كيوبت التي تم ضبطها على الصفر في مأمن من الفساد". "يمكن استخدام أي لغة غير أبيلية في منصة للكيوبت المحمية."
لكن في حين وضع علماء الفيزياء نظرية حول هذه الجسيمات الغريبة لسنوات - اقترح أليكسي كيتاييف العمل على أجزاء محمية من الذاكرة الكمومية عن طريق تجديل أيون غير أبيليان في حوالي عام 2001 ، كما قال لينسكي - لم يتم رصدها أبدًا في نظام فيزيائي من قبل.
عندما طور Google Quantum AI إمكانات النظام الأساسي للمعالج الكمي لإدراك رمز السطح وتجديل أيونات أبليان في نظام مادي ، قال لنسكي: "كان هذا مصدر إلهام لنا للبحث عن طريقة لتحقيق فيزياء أي شخص غير أبليان مثل فى اسرع وقت ممكن."
قال كيم: "علمنا أن لديهم مكونات صالحة للعمل ، لكن لم يكن لديهم وصفة". "لقد توصلنا إلى كيفية تحريك هؤلاء الأشخاص غير الأبيليين ، ثم أخبرنا التجريبين بما يجب عليهم فعله. كان ذلك ممكنًا لأن يوري وأنا كنا نفكر بطريقة مرنة وخلاقة ومنفتحة ".
حدد البحث النظري السابق خصائص غير أبيليان ، لكنه لم يتطرق إلى كيفية نقلها ، وهي خطوة ضرورية. كانت الفكرة الرئيسية من Lensky و Kim هي التخلي عن انتظام الشبكة وترتيب الكيوبتات بطريقة مرسومة باليد تقريبًا ولكن مدعومة بحسابات رياضية قوية.
قال كيم: "بعد هذه الرؤية الهندسية البسيطة ، باستخدام نظرية القياس ، تمكنا من التوصل إلى بروتوكول لالتقاط هذه الصورة وتنفيذها على شريحة بطريقة قوية وفعالة". "باستخدام هذا النظام المكون من 10 كيوبت ، تمكنا من ترميز العديد من أيونات غير أبيلية ، وبالتالي عدة كيوبتات منطقية تحمل المعلومات ، ووصفًا دقيقًا لما يحتاجه التجريبيون للقيام بكل خطوة على الطريق."
قال لنسكي: "على الرغم من أن تركيز النظرية والتجربة هو ببساطة لإدراك أي إنسان غير أبيليان في العالم الحقيقي ، يمكن أيضًا اعتبار هذا كخطوة أولى صغيرة نحو تنفيذ الحساب عن طريق التضفير".
المصدر جامعة كورنيل
