By เคนน่า ฮิวจส์-คาสเซิลเบอร์รี่ โพสต์ 24 พ.ย. 2022
เนื่องจากมีความเปราะบางและไวต่อเสียง คอมพิวเตอร์ควอนตัม ยังมีหนทางอีกยาวไกลก่อนที่จะถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายมากกว่านี้ หนึ่งในความท้าทายหลักในการพัฒนาเทคโนโลยีนี้เกี่ยวข้องกับสถาปัตยกรรม ตามที่วิศวกรหลายคนได้ค้นพบแล้ว qubits ภายในคอมพิวเตอร์ควอนตัมทำหน้าที่เป็นทั้งหน่วยความจำและหน่วยประมวลผลในเวลาเดียวกัน สิ่งนี้สร้างข้อจำกัดในสิ่งที่เทคโนโลยีสามารถทำได้ เนื่องจากหน่วยความจำควอนตัมไม่สามารถคัดลอกได้ และดังนั้นจึงไม่สามารถจัดเก็บไว้ในคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมได้ เนื่องจากข้อจำกัดนี้ นักพัฒนาควอนตัมจำนวนมากจึงตั้งสมมติฐานว่า qubits ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมต้องโต้ตอบกันได้ดีขึ้นเพื่อแบ่งปันข้อมูลหน่วยความจำ งานวิจัยใหม่ จากมหาวิทยาลัย อินส์บรุ แนะนำสถาปัตยกรรมใหม่สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม สถาปัตยกรรมนี้เรียกว่าสถาปัตยกรรม LHZ ตามชื่อนักวิจัย Wolfgang Lechner, Phillip Hauke และ Peter Zoller ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพ แต่ยังสามารถดำเนินการแบบพาริตีและแก้ไขข้อผิดพลาดได้อีกด้วย สถาปัตยกรรมช่วยให้กระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากคิวบิตเชิงกายภาพถูกเข้ารหัสสำหรับการประสานงานระหว่างบิตแทนที่จะเป็นคิวบิตจริง
“สถาปัตยกรรม LHZ เป็นสถาปัตยกรรมควอนตัมที่ช่วยให้เราสามารถเข้ารหัสปัญหาการปรับให้เหมาะสมสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมด้วยวิธีที่ไม่ต้องการการโต้ตอบระยะไกลที่ยุ่งยากในการแก้ปัญหา” Ph.D. อธิบาย นักวิจัย ไมเคิล เฟลเนอร์ ของกลุ่มวิจัยของเล็ชเนอร์ “สิ่งนี้แตกต่างจากวิธีการทั่วไปซึ่งมักจะต้องใช้ทรัพยากรจำนวนมากในเกตสำหรับการโต้ตอบเหล่านี้ เพื่อลดค่าใช้จ่ายนี้ สถาปัตยกรรมที่ใช้งานจะถูกจับคู่ลงอย่างมาก สิ่งนี้ทำให้สถาปัตยกรรม LHZ สามารถดำเนินกระบวนการพาริตี้ได้ “แทนที่จะเข้ารหัสทุกตัวแปรบิตโดยตรงในควอนตัมบิต (qubit) qubits ในสถาปัตยกรรม LHZ แสดงถึงความแตกต่าง (“parity”) ระหว่างสองตัวแปรหรือมากกว่า ซึ่งช่วยลดความยุ่งยากในการใช้งานอัลกอริทึมควอนตัมบางอย่าง” Fellner กล่าวเสริม ด้วยการเข้ารหัส qubits ด้วยพาริตีนี้ จำนวน qubits ที่จำเป็นสำหรับการคำนวณแบบควอนตัมจะลดลง ทำให้มีวิธีที่ง่ายขึ้นสำหรับการปรับขยายและการใช้งาน และยังแนะนำวิธีที่เป็นไปได้ในการทำให้เครื่องเหล่านี้เคลื่อนที่ได้มากขึ้น
การแสวงหาความเท่าเทียมกัน
ความคิดของ ความเท่าเทียมกัน บนคอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่ใช่เรื่องใหม่ ดังที่ Fellner อธิบาย: “คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีอยู่แล้วใช้การดำเนินการดังกล่าวได้ดีมากในขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม เมื่อจำนวนของ qubits เพิ่มขึ้น การดำเนินการของ gate เหล่านี้ก็จะซับซ้อนมากขึ้นเรื่อย ๆ” ในการออกแบบสถาปัตยกรรม LHZ นักวิจัยของ Innsbruck ได้วางแผนสำหรับปัญหาที่เป็นไปได้นี้โดยการเขียนโปรแกรม qubits ด้วยวิธีที่แตกต่างจากคอมพิวเตอร์ควอนตัมทั่วไป “ด้วยการใช้ประโยชน์จากความจริงที่ว่า qubits ใน Parity Architecture เข้ารหัสกลุ่มญาติของ qubits 'มาตรฐาน' หลายตัว มันสามารถใช้การดำเนินการควอนตัมบางอย่างในวิธีที่ง่ายกว่า” Fellner กล่าวเสริม “ในงานล่าสุดของเรา เราได้แสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะสร้างชุดของประตูที่เป็นสากล กล่าวคืออนุญาตให้ใช้อัลกอริทึมใดก็ได้” คอมพิวเตอร์ควอนตัมสากลประเภทนี้แสดงให้เห็นความหมายที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมควอนตัมคอมพิวเตอร์ และอาจช่วยเร่งการพัฒนา "ยิ่งไปกว่านั้น" Fellner กล่าว "ใคร ๆ ก็สามารถใช้ประโยชน์จากค่าโสหุ้ยจำนวน qubits เพื่อตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาดทางควอนตัมที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการคำนวณ"
การใช้สถาปัตยกรรม LHZ เพื่อลดการแก้ไขข้อผิดพลาด
เนื่องจากความไวต่อสัญญาณรบกวน คอมพิวเตอร์ควอนตัมจึงเกิดข้อผิดพลาดได้ค่อนข้างง่าย มีการทดสอบวิธีการต่างๆ หลายวิธีเพื่อลดการแก้ไขข้อผิดพลาด และนักวิจัยของ Innsbruck เชื่อว่าสถาปัตยกรรม LHZ สามารถช่วยในกระบวนการนี้ได้ “ข้อผิดพลาดเชิงควอนตัมสามารถจำแนกได้เป็นสองประเภท ซึ่งเรียกว่าข้อผิดพลาดการพลิกบิต และข้อผิดพลาดการพลิกเฟส” Fellner กล่าว สถาปัตยกรรม LHZ ออกแบบมาเพื่อแก้ไขทั้งสองอย่าง ข้อผิดพลาดประเภทหนึ่ง (ข้อผิดพลาดทั้งบิตพลิกหรือเฟส) ถูกป้องกันโดยฮาร์ดแวร์ที่ใช้” นักวิจัยจาก Innsbruck Annette Messinger และ Killian Ender กล่าวเสริม “ข้อผิดพลาดประเภทอื่นสามารถตรวจจับและแก้ไขได้ผ่านซอฟต์แวร์” ด้วยวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการแก้ไขข้อผิดพลาดและความสามารถในการปรับขนาด จึงไม่น่าแปลกใจที่สถาปัตยกรรม LHZ เริ่มใช้งาน
เรียกว่าบริษัทแยกส่วนซึ่งก่อตั้งโดย Lechner และ Magdalena Hauser พาริตี้QCกำลังทำงานร่วมกับนักวิจัยที่ Innsbruck และที่อื่น ๆ เพื่อลองใช้สถาปัตยกรรมใหม่นี้
Kenna Hughes-Castleberry เป็นนักเขียนที่ Inside Quantum Technology และ Science Communicator ที่ JILA (ความร่วมมือระหว่าง University of Colorado Boulder และ NIST) จังหวะการเขียนของเธอมีทั้ง Deep Tech, Metaverse และเทคโนโลยีควอนตัม
