کامپیوتر کوانتومی؛ حل مسئله ۱۵ دقیقهای که برای سامانههای کلاسیک غیرممکن است
پژوهشگران با بهکارگیری یک روش نوین تصحیح خطا، موفق شدند ۷۰ کیوبیت منطقی را کدگذاری کرده و مسئلهای را حل کنند که پردازش آن از عهده رایانههای کلاسیک خارج است.
به گزارش هفت صبح این محاسبات کوانتومی تنها حدود ۱۵ دقیقه زمان برد؛ در حالی که روشهای پیشرو کلاسیک برای انجام آن به زمانی نجومی و غیرعملی نیاز دارند.
دانشمندان توانستهاند محاسباتی کوانتومی را به نمایش بگذارند که نهتنها از مرز تواناییهای عملی روشهای شبیهسازی کلاسیک فراتر میرود، بلکه به یکی از چالشهای دیرینه این حوزه یعنی «نحوه راستیآزمایی نتایج» نیز پاسخ میدهد.
یک رایانه کوانتومی اخیراً موفق شد محاسباتی پیچیده را در بازه زمانی تقریبی ۱۵ دقیقه به سرانجام برساند. این در حالی است که روشهای سنتی و کلاسیک شبیهسازی برای رسیدن به همین نتیجه، به زمانهای سرسامآوری نیاز دارند. نکته کلیدی در این آزمایش، تعبیه راهکاری دقیق برای اطمینان از صحت و درستی خروجی کوانتومی بوده است.
شرکت IBM و پژوهشگران دانشگاه شیکاگو در اواخر جولای ۲۰۲۶ با اعلام این دستاورد، آن را شاهدی محکم بر تحقق الزامات اصلی «برتری کوانتومی» (Quantum Advantage) توصیف کردند؛ مفهومی که به معنای انجام موفقیتآمیز وظیفهای فراتر از دسترس رایانههای کلاسیک، همراه با ارائه مقیاسی قابل اتکا از میزان دقت اجرای آن است.
تیم تحقیقاتی در مقالهای که روی پایگاه آرخیو (arXiv) منتشر شده، طراحی نوینی را برای مدارهای کوانتومی کدگذاریشده تشریح کردهاند که امکان دستیابی همزمان به هر دو هدف را فراهم کرده است. این آزمایش به یکی از بزرگترین نمایشهای رایانش کوانتومی منطقی تا به امروز بدل شده و جزئیات مدارهای آن نیز از طریق «ردیاب برتری کوانتومی» بهصورت عمومی در دسترس قرار گرفته است.
راستیآزمایی؛ مانع بزرگ برتری کوانتومی
طی سالهای متمادی، «نمونهبرداری تصادفی از مدار» (RCS) به عنوان معیار اصلی برای سنجش توانمندی رایانههای کوانتومی در غلبه بر سامانههای کلاسیک به کار گرفته میشد. در این فرآیند، رایانه کوانتومی الگوهای پیچیدهای تولید میکند که بازسازی کارآمد آنها برای سیستمهای کلاسیک غیرممکن است.
با این حال، هرچه محاسبات پیچیدهتر شوند، تأیید صحت خروجی رایانه کوانتومی نیز دشوارتر میگردد؛ تا جایی که بدون در نظر گرفتن فرضهای بنیادین درباره عملکرد درونی دستگاه، فرآیند راستیآزمایی عملاً غیرممکن میشود.
آزمایش مشترک IBM و دانشگاه شیکاگو برای حل این چالش، رویکردی ساختاریافتهتر را جایگزین RCS کرد. پژوهشگران اثبات کردند که این روش جدید ضمن حفظ استانداردهای سختی محاسباتی، امکان شناسایی خطاها را در حین انجام محاسبات فراهم میکند.
بیل ففرمن (Bill Fefferman)، دانشیار دانشگاه شیکاگو در این باره میگوید: «راستیآزمایی همچنان یکی از بزرگترین موانع در اثبات قطعی برتری کوانتومی در محیطهای آزمایشگاهی است. این آزمایش تکنیکهایی را توسعه میدهد تا کارایی حالتهای سخت کوانتومی تحت نویز بهتر ارزیابی شود و ضریب اطمینان از حل مسئلهای با سختی محاسباتی بالا افزایش یابد.»
سومیِک گوش (Soumik Ghosh)، پژوهشگر مقطع دکتری در گروه ففرمن نیز میافزاید: «فراتر از تقویت اعتبارسنجی آزمایشگاهی، پیشرفت در حوزه راستیآزمایی پتانسیل آن را دارد که کاربردهای عملی نسل بعدی رایانههای کوانتومی را آزاد کند.»
مهار خطاها با ۷۰ کیوبیت منطقی
محققان یکی از بزرگترین نمونههای تصحیح خطای کوانتومی را با استفاده از ۷۰ کیوبیت منطقی به اجرا درآوردند. کیوبیتهای منطقی، اطلاعات کوانتومی را در چندین مؤلفه فیزیکی رمزگذاری میکنند تا محاسبات را در برابر خطاهای ناشی از نویز محافظت نمایند.
این سامانه توانست ۲۴۱۵ عملیات منطقی دو کیوبیتی و ۴۶۸ «گیت T» منطقی را به پایان برساند؛ که هر دو از معیارهای اصلی سنجش پیچیدگی مدارهای کوانتومی به شمار میروند. کدگذاری مدار باعث شد نرخ خطای منطقی مؤثر به یکدهم نرخ خطای فیزیکی کاهش یابد و محاسبات با وجود حجم بالای عملیات، پایداری و دقت خود را حفظ کنند.
جی گمبتا (Jay Gambetta)، مدیر بخش پژوهشهای IBM و همکار ارشد این شرکت تاکید کرد: «ما اکنون بهطور قاطع وارد عصر برتری کوانتومی شدهایم. ما محاسباتی فراتر از دسترس عملی رایانههای کلاسیک را به نمایش گذاشتهایم که با تکیه بر آمارهای موثق، کفِ میزان دقت اجرای خود را اثبات میکند. این نقطه عطف، پایه و اساس تازهای را در اختیار دانشمندان، توسعهدهندگان و کسبوکارها قرار میدهد تا به هنگام مقیاسپذیری رایانههای کوانتومی برای حل مسائل فراتر از مرزهای کلاسیک، به آنها اعتماد کنند.»
رایانه کوانتومی IBM توانست این مأموریت را در مدتزمان تقریبی ۱۵ دقیقه به اتمام برساند، در حالی که بسیاری از روشهای پیشرو شبیهسازی کلاسیک با زمانهای پردازشی مواجه بودند که اجرای آنها را به کلی غیرعملی میسا برساند؛ که هر دو از معیارهای اصلی سنجش پیچیدگی مدارهای کوانتومی به شمار میروند. کدگذاری مدار باعث شد نرخ خطای منطقی مؤثر به یکدهم نرخ خطای فیزیکی کاهش یابد و محاسبات با وجود حجم بالای عملیات، پایداری و دقت خود را حفظ کنند.
جی گمبتا (Jay Gambetta)، مدیر بخش پژوهشهای IBM و همکار ارشد این شرکت تاکید کرد: «ما اکنون بهطور قاطع وارد عصر برتری کوانتومی شدهایم. ما محاسباتی فراتر از دسترس عملی رایانههای کلاسیک را به نمایش گذاشتهایم که با تکیه بر آمارهای موثق، کفِ میزان دقت اجرای خود را اثبات میکند. این نقطه عطف، پایه و اساس تازهای را در اختیار دانشمندان، توسعهدهندگان و کسبوکارها قرار میدهد تا به هنگام مقیاسپذیری رایانههای کوانتومی برای حل مسائل فراتر از مرزهای کلاسیک، به آنها اعتماد کنند.»
رایانه کوانتومی IBM توانست این مأموریت را در مدتزمان تقریبی ۱۵ دقیقه به اتمام برساند، در حالی که بسیاری از روشهای پیشرو شبیهسازی کلاسیک با زمانهای پردازشی مواجه بودند که اجرای آنها را به کلی غیرعملی میساخت. ترکیبی از محاسبات دشوار کلاسیک و روشی برای سنجش دقت، گامی استراتژیک در مسیر مقیاسپذیری و توسعه آینده سامانههای کوانتومی به شمار میرود.
