هل يمكن أن يكون هناك كمبيوتر كمي عالمي؟ يقول بحث من جامعة إنسبروك نعم

بسبب هشاشتها وقابليتها للضوضاء ، أجهزة الكمبيوتر الكم لا يزال أمامك طريق طويل لنقطعه قبل أن يتم استخدامها على نطاق أوسع. أحد التحديات الرئيسية في تطوير هذه التكنولوجيا يتعلق بهندستها المعمارية. كما وجد العديد من المهندسين بالفعل ، فإن المكدسة داخل الكمبيوتر الكمومي كوحدة ذاكرة ووحدة حوسبة في نفس الوقت. هذا يضع قيودًا على ما يمكن أن تفعله التكنولوجيا ، حيث لا يمكن نسخ الذكريات الكمية وبالتالي لا يمكن تخزينها في جهاز كمبيوتر كلاسيكي. بسبب هذا القيد ، يفترض العديد من مطوري الكم أن الكيوبتات في الكمبيوتر الكمومي يجب أن تتفاعل مع بعضها البعض بشكل أفضل من أجل مشاركة معلومات الذاكرة. أبحاث جديدة من جامعة إنسبروك يقترح بنية جديدة لجهاز كمبيوتر كمومي. تم تصميم هذه البنية ، التي تسمى LHZ architecture بعد الباحثين Wolfgang Lechner و Phillip Hauke ​​و Peter Zoller ، خصيصًا للتحسين ولكن يمكنها أيضًا إجراء عمليات التكافؤ وتصحيح الأخطاء. تسمح البنية بحدوث هذه العمليات حيث يتم تشفير الكيوبتات المادية للتنسيق بين البتات بدلاً من الكيوبتات الفعلية نفسها.

أوضح دكتوراه "هندسة LHZ هي بنية كمومية تسمح لنا بتشفير مشاكل التحسين لجهاز الكمبيوتر الكمي بطريقة لا تتطلب تفاعلات طويلة المدى صعبة عند حلها". الباحث مايكل فيلنر من مجموعة أبحاث ليشنر. "هذا يختلف عن الأساليب التقليدية التي غالبًا ما تتطلب عبئًا كبيرًا في موارد البوابة لهذه التفاعلات. لتقليل هذا الحمل ، يتم إقران البنية المطبقة بشكل كبير. هذا يسمح لهندسة LHZ بأداء عمليات التكافؤ. وأضاف فيلنر: "بدلاً من ترميز كل متغير بت مباشرة في بت كمي (كيوبت) ، فإن الكيوبتات في معمارية LHZ تمثل الفرق (" التكافؤ ") بين اثنين أو أكثر من العناصر الصالحة ، مما يبسط تنفيذ خوارزميات كم معينة". من خلال ترميز الكيوبتات بهذا التكافؤ ، ينخفض ​​عدد الكيوبتات اللازمة للحوسبة الكمومية ، مما يتيح طريقة أسهل للتوسع والتنفيذ وحتى اقتراح طريقة ممكنة لجعل هذه الأجهزة أكثر قدرة على الحركة.

السعي لتحقيق التكافؤ

على فكرة مساواة على جهاز كمبيوتر كمي ليس جديدًا في الواقع. كما أوضح فيلنر: "تقوم أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية بالفعل بتنفيذ مثل هذه العمليات بشكل جيد للغاية على نطاق صغير. ومع ذلك ، مع زيادة عدد البتات ، يصبح تنفيذ عمليات البوابة هذه أكثر تعقيدًا ". في تصميم معمارية LHZ ، خطط باحثو إنسبروك لحل هذه المشكلة المحتملة عن طريق برمجة الكيوبتات الخاصة بهم بطريقة مختلفة عن الكمبيوتر الكمي النموذجي. وأضاف فيلنر: "من خلال استغلال حقيقة أن الكيوبتات في هندسة التكافؤ تُشفِّر الطرف النسبي للكيوبتات" المعيارية "المتعددة ، يمكنها تنفيذ بعض العمليات الكمومية بطريقة أبسط". "في عملنا الأخير ، أظهرنا أنه من الممكن بناء مجموعة من البوابات العالمية ، أي تسمح لأحد بتنفيذ أي خوارزمية." يشير هذا النوع من أجهزة الكمبيوتر الكمومية العالمية إلى آثار كبيرة على صناعة الحوسبة الكمومية وقد تساعد في تسريع تطورها. "علاوة على ذلك ،" صرح فيلنر ، "يمكن للمرء استغلال الحمل الزائد في عدد الكيوبتات لاكتشاف وتصحيح الأخطاء الكمية التي قد تحدث أثناء الحساب."

استخدام هندسة LHZ للتخفيف من تصحيح الخطأ

نظرًا لقابليتها للتأثر بالضوضاء ، يمكن أن تصبح أجهزة الكمبيوتر الكمومية عرضة للخطأ إلى حد ما. يتم اختبار عدة طرق مختلفة كطرق للتخفيف من تصحيح الأخطاء ويعتقد باحثو إنسبروك أن بنية LHZ يمكن أن تساعد في هذه العملية. قال فيلنر: "يمكن تصنيف الأخطاء الكمية إلى نوعين ، ما يسمى بأخطاء قلب البتات ، وأخطاء قلب الطور". تم تصميم بنية LHZ لتصحيح كليهما. وأضاف الباحثان في إنسبروك آنيت ميسينجر وكيليان إندر: "يمكن اكتشاف النوع الآخر من الأخطاء وتصحيحه عبر البرنامج." باستخدام طريقة قوية لتصحيح الأخطاء وقابلية التوسع ، لن يكون من المفاجئ أن نرى بدء تنفيذ هندسة LHZ.

بالفعل تسمى الشركة المنبثقة التي شارك في تأسيسها Lechner و Magdalena Hauser التكافؤ، يعمل مع باحثين في إنسبروك وأماكن أخرى لمحاولة استخدام هذه الهندسة المعمارية الجديدة.

كينا هيوز-كاسلبيري هي كاتبة في Inside Quantum Technology و Science Communicator في JILA (شراكة بين جامعة كولورادو بولدر و NIST). تشمل إيقاعات كتابتها التكنولوجيا العميقة ، والميتافيرس ، والتكنولوجيا الكمومية.