یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های موجود در زمینه ساخت رایانه‌های کوانتومی، فقدانِ بیت کوانتومی است که به دلایل مختلفی چون اختلالات محیطی ظاهر می‌گردد. اخیراً گروهی از محققان دانشگاه علم و فناوری چین(USTC) با طرح آزمایشی، گامی در جهت رفع این مشکل برداشته‌اند. در این راه، آنها برای نخستین بار به‌صورت آزمایشگاهی و عملی، روشی برای رمزنگاری کوانتومی عرضه کرده‌اند که خطای فقدان بیتِ کوانتومی را حذف می‌کند. این خطا، شکل خاصی از غیر همدوسی است و در موارد زیادی در محاسبات کوانتومی فوتونیکی ظاهر می‌گردد.
حذف خطای فقدانِ بیتِ کوانتومی به‌وسیله محققان چینی
یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های موجود در زمینه ساخت رایانه‌های کوانتومی، فقدانِ بیت کوانتومی است که به دلایل مختلفی چون اختلالات محیطی ظاهر می‌گردد. اخیراً گروهی از محققان دانشگاه علم و فناوری چین(USTC) با طرح آزمایشی، گامی در جهت رفع این مشکل برداشته‌اند. در این راه، آنها برای نخستین بار به‌صورت آزمایشگاهی و عملی، روشی برای رمزنگاری کوانتومی عرضه کرده‌اند که خطای فقدان بیتِ کوانتومی را حذف می‌کند. این خطا، شکل خاصی از غیر همدوسی است و در موارد زیادی در محاسبات کوانتومی فوتونیکی ظاهر می‌گردد.
فقدان بیت کوانتومی در محاسبات کوانتومی فوتونی رخ می‌دهد؛ مثلاً ممکن است محیط فوتون‌ها را جذب کرده باشد و یا اینکه به‌وسیله یک آشکارساز جذب و آشکارسازی نگردند. این پدیده نامطلوب، اطلاعاتی را که بیتِ مذکور حمل می‌کند، نابود کرده، موجب ایجاد خطا در سیستم می‌گردد. علاوه بر این، خطای فقدان بیتِ کوانتومی می‌تواند در برخی از سیستم‌های سخت‌افزاری کوانتومی چندترازه مانند سیستم‌هایی که با حالت‌های ذرات چندگانه در شبکه نوری سروکار دارند، رخ دهد.
از لحاظ نظری، حالت‌های بیت‌های کوانتومی در یک فضای دوترازه تعریف می‌شوند؛ در حالی که در چنین سیستم‌های چندترازه‌ای، حالت بیت می‌تواند به فضای بزرگ‌تری نفوذ کند. در واقع، بیشتر سخت‌افزارهای کوانتومی با ترازهای چندگانه سروکار دارند و از این رو همواره فیزیک‌دانان با این مشکل مواجه بوده‌اند که چگونه باید از اتلاف اطلاعات کوانتومی که در اثر «نفوذ به فضای بزرگ‌تر» ایجاد می‌شود، جلوگیری کنند.
محققان USTC به سرپرستی پروفسور پان جیانوی، در کشف اخیر خود نشان داده‌اند که از طریق رمزنگاری یک حالت تک‌بیتی با چهار فوتونِ هم‌بسته با استفاده از یک شبکه مخصوص، می‌توان از اطلاعات منطقی محافظت کرد، حتی اگر یکی از فوتون‌های مذکور گم شود. در این تحقیق از یافته‌های نظری گروهی به سرپرستی گراسل استفاده شده‌است. آنها در سال ۱۹۹۷ برای نخستین بار، گونه خاصی از رمز اصلاح خطای پاک‌شدگی کوانتومی را عرضه نمودند و ثابت کردند که یک رمز چهاربیتی کوانتومی، می‌تواند خطای ایجادشده در اثر فقدان یک بیت کوانتومی را اصلاح کند. با این حال، تأیید نهایی این یافته‌های نظری تا ده سال بعد ممکن نگردید و به‌تازگی گروه UTSC از عهده این کار برآمده‌اند. این گروه رمزهای کوانتومی مورد نظر را علاوه بر مدل مداری کوانتومی معمولی در مدل رایانه‌ای کوانتومی تک‌راهه جدید نیز به نمایش کشیدند و به این ترتیب، تحقیق آنها یکی از مشکلات رایج در بسیاری از سیستم‌های فیزیکی را حل کرد و به نظر می‌رسد که این امر گام مهمی در جهت دستیابی به پردازش اطلاعات کوانتومی مقیاس‌پذیر باشد.
لو چاویانگ یکی از دانشجویان دکترای حاضر در این گروه، گفت:«هنوز برای ساخت یک رایانه کوانتومی کارامدِ واقعی باید تلاش‌های زیادی انجام دهیم. فقدان بیت کوانتومی تنها مشکل موجود در محاسبات کوانتومی نیست و باید بر اشکال دیگری از غیر همدوسی‌ها نیز فائق آمد.» وی اظهار داشت که ممکن است رمزهای کوانتومی این گروه به قطعه‌ای مفید برای پیاده‌سازی الگوریتم‌های کوانتومی در آینده تبدیل شوند.
هم‌اکنون این گروه قصد دارند تا پروژه تحقیقاتی یادشده را گسترش داده و رایانه‌های کوانتومی بزرگ‌تری را اصلاح نمایند، همچنین آنها مایلند تا از طریق همراه کردن یافته‌های خود با روش حافظه کوانتومی مبتنی بر آنسامبل‌های اتمی، ارتباطات کوانتومی بلندبرد را نیز ارتقا دهند.
نتایج این تحقیق در نشریه PNAS به چاپ رسیده‌است.
