روشی نوین برای رفع خطای رایانه‌های کوانتومی

رایانه‌های کوانتومی در آینده جایگزین کدهای حفاظت‌شده‌ی کنونی خواهند شد و با
سرعت بیشتری به جستجو در پایگاه‌های داده خواهند پرداخت، همچنین می‌توانند
برنامه‌های زمان‌بندی کارامدتری را در همه‌ی زمینه‌ها از جمله خطوط هوایی و
دریایی تنظیم کنند. این رایانه‌ها حتی می‌توانند سیستم‌های کوانتومی مرکب و
پیچیده ـ که بررسی آنها با رایانه‌های امروزی ناممکن است ـ شبیه‌سازی کرده، یا
از طریق آزمایش مستقیم به بررسی آنها بپردازند. پردازش اطلاعات و حالات صفر و
یک این رایانه‌ها از طریق دستکاری خواص کوبیت‌ها ( یا همان حالت‌های اسپینی)
انجام می‌شود؛ اما حساسیت بیش از حد این کوبیت‌ها نسبت به حتی کوچک‌ترین
نویزهای الکتریکی و در نتیجه خطاپذیری بالای آن، مانع از کاربرد عملی آنها
شده‌است.

محققان مؤسسه‌ی ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) به روش مؤثر و جدیدی برای
رفع کامل خطای رایانه‌های کوانتومی دست یافته‌اند که به کمک آن، ساخت این
ماشین‌های فوق‌العاده توانمند ولی در عین حال بسیار آسیب‌پذیر ساده‌تر خواهد
شد. آنها با استفاده از این روش جدید و پالس‌های متوالی میکروموجی توانستند
میزان خطاهای تصادفی (یا همان اختلالات کوچک از قبیل انحراف میدان‌های الکتریکی
یا مغناطیسی )را در تمام کوبیت‌ها به‌طور همزمان کاهش داده، مشکلی را که مانع
از اطمینان به رایانه‌های کوانتومی می‌شد، برطرف سازند.

هرمامن اویس در این باره می‌گوید: «شبیه‌سازی‌های انجام‌شده همگی حاکی از آن
است که تحت شرایط مناسب این روش می‌تواند شدت خطا در سیستم‌های محاسباتی
کوانتومی را تا صدها بار بیشتر از دیگر روش‌ها کاهش دهد و نتایج
اندازه‌گیری‌های عملی هم مؤید این نکته بوده‌است». به گفته‌ی مایکل جی بیرکوک
(از دیگر محققان این مؤسسه) تصحیح خطاهای کوبیت‌ها پس از ایجاد آن، مستلزم کار
بیشتری است، حال آنکه از بین بردن زودهنگام آنها به این روش بسیار کارامدتر
بوده، عملکرد تصحیح خطاهای بعدی را هم بهبود می‌ژبخشد. به عقیده‌ی وی با این
روش جدید میزان خطای انواع مختلف رایانه‌های کوانتومی حتی از آستانه‌ی تلورانس
خطا (حدود یک خطا در هر ده هزار عملیات محاسباتی یعنی چیزی حدود ۰۱/۰ درصد) هم
به مراتب کمتر شده و به این ترتیب ساخت رایانه‌های کوانتومی مفید به واقعیت
نزدیک‌تر می شود.

مطابق گزارشی که در شماره‌ی ۲۳ آوریل نشریه‌ی نیچر به چاپ رسیده‌است، اساس این
شیوه‌ی جدید، آرایه‌ای از حدود هزار یون برلیوم به دام‌افتاده در میدان‌های
الکتریکی و مغناطیسی است. در شرایط خاص، این یون‌ها به‌ نوعی از بلورهای شش‌گوش
تک‌صفحه‌ای تبدیل می‌شوند که شامل ۳۰۰ یون برلیوم (هر کدام به فاصله‌ی ده
میکرومتر) بوده، حالت فلورسنت پیدا می‌کنند و باعث پراکندگی نور لیزر می‌شوند.
هر کدام از یون‌های موجود در این بلورهای بسیار منظم، مشابه دیگر آرایه‌ی
کوبیت‌های نیمه‌رسانا و ابررسانا نقش حافظه‌ی رایانه‌های کوانتومی را داشته،
می‌توانند به ذخیره‌سازی و پردازش اطلاعات در مقیاس اتمی بپردازند.

در این شیوه محققان NIST برای نخستین بار موفق شدند مانند روش تصحیح خطا در
دستگاه‌های ام آر آی، از پالس‌های کنترلی یکنواخت برای کاهش خطا استفاده کرده،
با تولید پالس‌های متوالی سفارشی و مطابق با نویزهای محیطی به تصحیح این خطاها
بپردازند. آنها این پالس‌های متوالی را با نویزهای واقعی و در شرایطی مشابه با
شرایط مناسب برای انواع مختلف کوبیتها مورد آزمایش قرار داده‌ و به نتایج
مطلوبی دست یافته‌اند که می‌تواند به گسترش کاربرد رایانه‌های کوانتومی
بینجامد.

گفتنی است این تحقیق در آزمایشگاه NIST و با سرمایه‌گذاری شرکت Intelligence
Advanced Research Projects Activity انجام شده‌است.