هل يمكن أن يكون نظام "خطأ المحو" الجديد مفتاح تصحيح الخطأ الكمي؟

أحد أكبر التحديات في تطوير الكمبيوتر الكمي هو الخطأ تصحيحن. تعد الأخطاء في الحوسبة الكمومية شائعة جدًا، ويرجع ذلك أساسًا إلى الضوضاء البيئية وهشاشة النظام بشكل عام. يمكن أن تؤدي هذه الأخطاء إلى قياسات غير دقيقة وتحرف نتائج البرمجة الكمومية. العديد من الشركات، مثل IBM و شراء مراجعات جوجل، يعملون على إيجاد طرق لتصحيح هذه الأخطاء أو إعادة معايرة أجهزة الكمبيوتر الكمومية لتكون أكثر مقاومة للأخطاء. في ورقة جديدة من طبيعة الاتصالاتيقدم فريق من جامعة برينستون طريقة بديلة لتصحيح الأخطاء من خلال النظر إلى نظام يعرف باسم "خطأ المحو".

ما هو تصحيح الخطأ الكمي (QEC)؟

لأن الكيوبتات، الوحدات الأساسية للكمبيوتر الكمومي، موجودة تمامًا هش، فهم عرضة للأخطاء. وأوضح أن "المشكلة الأساسية الآن في الحوسبة الكمومية هي الحصول على ما يكفي من الكيوبتات عالية الدقة لتنفيذ تصحيح الخطأ الكمي". جيفري طومسون، أستاذ مشارك في جامعة برينستون والباحث الرئيسي في الدراسة في مقابلة مع داخل تقنية الكم. بالنسبة لمعظم أنواع تصحيح الخطأ الكمي (مراقبة الجودة)، يتم استخدام خوارزمية لتحديد الأخطاء وإصلاحها داخل الكمبيوتر الكمي. ورغم أن هذه الخوارزميات تعتمد على أساليب رياضية، إلا أنها بعيدة عن الكمال. كما أوضح طومسون: "في معيار "تصحيح الخطأ الكمي، عليك تحديد مواقع وأنواع الأخطاء التي حدثت على الكيوبتات الخاصة بك، من مجموعة محدودة من الملاحظات، المعروفة باسم قياسات المتلازمة." في حين أن قياسات المتلازمة هذه مفيدة في تحديد الأخطاء، إلا أنها لا تؤدي دائمًا إلى تصحيح الأخطاء بنجاح. وأضاف طومسون: "يفشل تصحيح الخطأ عندما لا يكون لديك معلومات كافية لاتخاذ هذه القرارات بشكل لا لبس فيه، وهو ما يحدث عندما يكون هناك الكثير من الأخطاء".

العثور على خطأ المحو

بدلاً من إصلاح هذه المشكلة عن طريق تقليل العدد الإجمالي للأخطاء، عمل طومسون وفريقه على تسهيل التعرف على الأخطاء. وقد اكتشفوا هذا بالصدفة تقريبًا أثناء دراسة بنية كيوبت الإيتربيوم. يبدو أن الإلكترونين الموجودين في الغلاف الخارجي للإيتربيوم هما المفتاح للمساعدة في تصحيح الأخطاء. وبالتعمق في الأسباب المادية للخطأ، تمكن الباحثون من تطوير نظام حيث يقوم مصدر الخطأ بمسح أو إزالة البيانات غير الدقيقة. ويعمل نظام المحو عن طريق ربط الأخطاء الكمومية بتحول الطاقة في الإلكترونات الخارجية. يطلق طومسون على هذا النظام تحديدًا اسم "خطأ المحو"، ويمكن أن يساعد في إظهار الأماكن التي تكون فيها البيانات غير دقيقة. وقال طومسون: "إن خطأ "المحو" هو نوع خاص من الأخطاء يكشف عن موقعه الخاص، لذا يمكنك استخدام المزيد من معلومات المتلازمة لمعرفة نوع الخطأ". "يسمح لك هذا بمعالجة المزيد من الأخطاء، وبالتالي زيادة أداء تصحيح الأخطاء." تعد أخطاء المحو شائعة إلى حد ما في الحوسبة الكلاسيكية ولكنها تؤخذ في الاعتبار الآن فقط في الحوسبة الكمومية.

وباستخدام أخطاء المحو، وجد الباحثون أن تقنيتهم ​​الجديدة يمكن أن تصمد أمام اختبار 4.1% معدل الخطأ، وهو أمر ممكن بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية. لم تتمكن الأنظمة السابقة من تحمل سوى معدل خطأ قدره 1% قبل أن تطغى عليها نسبة أعلى من الخطأ. يعتقد طومسون أن هذه النسبة الأعلى يمكن أن تجعل حاسوبًا كميًا أكبر يحتوي على عدد أكبر من الكيوبتات حقيقة محتملة. وأضاف طومسون: "إذا كان لديك كيوبتات متحيزة تجاه أخطاء المحو، فلن تحتاج إلى الكثير منها، ويمكن أن يكون أداؤها أسوأ". "بالنسبة لنطاقات معينة من المعلمات، قد تتطلب البتات الكمومية المتحيزة للمسح عددًا أقل بمقدار 10 مرات أو حتى 100 مرة لتحقيق مستوى معين من أداء QEC مقارنة بالبتات الكمومية التقليدية." بالنسبة للعديد من الشركات التي تتطلع إلى توسيع نطاق أجهزة الكمبيوتر الكمومية الخاصة بها، قد يكون نظام خطأ المحو هو المفتاح لتحقيق هذه الأهداف. وقال طومسون: "قد يكون من الممكن إعادة تصميم الكيوبتات الموجودة بمهارة لتحقيق ذلك". "هناك اهتمام كبير بهذه الفكرة."

كينا هيوز-كاستلبيري هي كاتبة في Inside Quantum Technology وScience Communicator في JILA (شراكة بين جامعة كولورادو بولدر والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا). تشمل إيقاعاتها الكتابية التكنولوجيا العميقة، والميتافيرس، والتكنولوجيا الكمومية. يمكنك العثور على المزيد من أعمالها على موقعها على الانترنت: https://kennacastleberry.com/