سایت فناوری های همگرا: دانشمندان که بزرگ‌ترین چالش برای افزایش مقیاس رایانه‌های کوانتمی را تصحیح خطای کیوبیت‌ها می‌دانند، عقیده دارند با استفاده از فناوری یونی می‌توان این مشکل را حل کرد.
رفع یکی از گره‌های کور در مسیر توسعه محاسبات کوانتومی
به گزارش سایت فناوری های همگرا، تیمی از محققان دانشگاه دوک (Duke University) و دانشگاه مریلند (University of Maryland) تلاش می‌کنند محاسبات کوانتومی را با استفاده از یک فناوری مطرح در این حوزه به نام تله‌های یونی (ion traps) ارتقا دهند.
سازمان یارپا (IARPA) بر روی برنامه‌های تحقیقاتی سرمایه‌گذاری می‌کند تا بخشی از سخت‌ترین معضلات جامعه هوشمند هموار گردد. یکی از این معضلات، مشکل کدگذاری است. کدهایی که شکستن آن‌ها برای بهترین ابررایانه‌های امروزی امکان اپذیر نیست، به راحتی در چند ساعت توسط رایانه‌های کوانتومی قابل شکستن است.
اساسی‌ترین بخش یک تجهیز کوانتومی، کیوبیت‌ها (qubits) هستند که در واقع، کوانتوم مکانیکی معادل بیت منطقی مرسوم می‌باشند. بر اساس فیزیک کوانتومی، کیوبیت‌ها می‌توانند ترکیب‌های متفاوتی را به صورت هم‌زمان داشته باشند که در سیستم‌های محاسباتی مرسوم امکان‌ناپذیر است. زمانی که دانشمندان در دهه ۹۰ ثابت کردند که این ویژگی عجیب در بسیاری از فعالیت‌ها مانند کدگشایی قابل استفاده است، انقلاب اطلاعات کوانتومی آغاز گردید.
با این که محققان ثابت کرده‌اند که امکان ساخت کیوبیت مقاوم وجود دارد، اما افزایش مقیاس به همراه عیب‌یابی و تصحیح خطای آن‌ها هنوز به صورت یک چالش باقی مانده‌است.
یارپا دانشگاه‌های دوک، مریلند و جورجیاتِک (Georgia Tech) را برگزید تا در پروژه‌ای به نام لوگی‌کیو (LogiQ) فعالیت کنند. هدف این پروژه تجمیع تعداد زیادی کیوبیت اتمی و تبدیل آن‌ها به سوپرکیوبیت است که می‌توان آن را افزایش مقیاس داده و خطاهای آن را تصحیح نمود.
جونگ‌سانگ کیم ، استاد مهندسی برق و کامپیوتر، علوم کامپیوتر و فیزیک دانشگاه دوک، که محقق اصلی پروژه نیز است می‌گوید: «راهکار حبس یونی یکی از فناوری‌های مطرح است که می‌تواند رسیدن به هدف نهایی را به همراه داشته‌باشد.»
سیستم‌های کوانتومی حساس هستند و قبل از آن که بتوان اطلاعات مفید را از آن‌ها استخراج نمود، امکان از بین‌رفتن منابع محاسباتی به خاطر تعامل با محیط وجود دارد. اما این مشکل قابل حل است.
یکی از اولین قدم‌ها تشکیل یک وجهه فیزیکی مقاوم از کیوبیت است. در این راستا، فیزیک‌دانان نشان داده‌اند که یون‌های حبس‌شده توانایی کوانتومی‌ماندن را دارند. در چنین سیستمی هر کیوبیت در سطوح انرژی داخلی یک یون منفرد ذخیره می‌گردد. کیوبیت‌ها به‌وسیله تابش لیزر و میکروویو برانگیخته می‌شوند تا دروازه‌های منطقی کوانتومی (quantum logic gates) تشکیل داده و مدار را برای محاسبات کوانتومی گسترش دهند.
با این وجود تمام توانایی فناوری‌های محاسبات کوانتومی با یک مشکل روبرو هستند که معضل اصلی این پروژه نیز هست: تصحیح خطای کوانتومی.
کریستوفر مونرو ، استاد فیزیک دانشگاه مریلند می‌گوید: «ما نحوه ساخت یک رایانه کوانتومی با ۵۰ تا ۱۰۰ کیوبیت را با استفاده از یون‌های حبس‌شده می‌دانیم. این رایانه یک سیستم بزرگ است که امکان شبیه‌سازی آن حتی با تمام رایانه‌های معمول در دنیا وجود ندارد. اما بعضی از کاربردهای محاسبات کوانتومی به هزاران و یا میلیون‌ها کیوبیت نیاز دارند و تصحیح خطا برای رسیدن به چنین ظرفیتی ضروری خواهد بود.»
حتی در سیستم‌های حبس‌کننده یونی جدید، خطاها با افزایش تعداد کیوبیت‌ها به سرعت رشد می‌کنند. امکان فروپاشی سیستم کوانتومی به علت بررسی و اندازه‌گیری وجود دارد. در نتیجه، بررسی مستقیم کیوبیت‌ها و تعمیر کیوبیت‌های معیوب، محاسبات کوانتومی را از بین می‌برد.
با این وجود ایده سوپرکیوبیت و یا کیوبیت منطقی می‌تواند راه حل مناسبی برای حل این مشکل باشد. در این سیستم، اطلاعات ذخیره‌شده در یک کیوبیت منطقی، در فضاهای کوانتومی مخصوصی متشکل از چندین کیوبیت فیزیکی، کدگذاری می‌شود. توزیع اطلاعات به این شکل نه تنها باعث بالارفتن امنیت آن‌ها شده، بلکه امکان تشخیص و تصحیح خطاها را فراهم می‌کند. تمامی این مزیت‌ها بدون نیاز به دانستن جزئیات در مورد حالت کوانتومی به‌دست می‌آید.
