تقول شركتا Microsoft وQuantinuum أنهما قد استهلتا العصر التالي من الحوسبة الكمومية

أعلنت Microsoft وQuantinuum اليوم عن إنجاز كبير في تصحيح الأخطاء الكمومية. باستخدام أجهزة مصيدة الأيونات الخاصة بـQuantinuum ونظام المحاكاة الافتراضية الجديد من Microsoft، تمكن الفريق من إجراء أكثر من 14000 تجربة دون خطأ واحد. كما سمح هذا النظام الجديد للفريق بالتحقق من الكيوبتات المنطقية وتصحيح أي أخطاء واجهها دون تدمير الكيوبتات المنطقية.

وتقول الشركتان إن هذا قد أدى الآن إلى نقل أحدث ما توصلت إليه الحوسبة الكمومية من ما يُطلق عليه عادةً عصر أجهزة الكمبيوتر الكمومية الصاخبة متوسطة الحجم (NISQ). “صاخب” لأنه حتى أصغر التغييرات في البيئة يمكن أن تؤدي إلى أن يصبح النظام الكمي عشوائيًا (أو “غير متجانس”)، و”مقياسًا متوسطًا” لأن الجيل الحالي من أجهزة الكمبيوتر الكمومية لا يزال يقتصر على ما يزيد قليلاً عن ألف كيوبت في أحسن الأحوال. . الكيوبت هو الوحدة الأساسية للحوسبة في الأنظمة الكمومية، وهو مشابه للبت في الكمبيوتر الكلاسيكي، ولكن يمكن أن يكون كل كيوبت في حالات متعددة في نفس الوقت ولا يقع في موضع محدد حتى يتم قياسه، وهو ما يكمن وراء إمكانية الكم لتحقيق قفزة هائلة في قوة الحوسبة.

لا يهم عدد الكيوبتات الموجودة لديك، إذا كان بالكاد لديك الوقت لتشغيل خوارزمية أساسية قبل أن يصبح النظام صاخبًا للغاية بحيث لا يتمكن من الحصول على نتيجة مفيدة، أو أي نتيجة على الإطلاق.

ومن خلال الجمع بين العديد من التقنيات المختلفة، تمكن الفريق من إجراء آلاف التجارب دون أي أخطاء تقريبًا. يتضمن ذلك قدرًا كبيرًا من الإعداد والاختيار المسبق للأنظمة التي بدت بالفعل في حالة جيدة لتشغيل ناجح، ولكن لا يزال هذا تحسنًا هائلاً عما كانت عليه الصناعة منذ فترة قصيرة فقط.

إنها خطوة في الاتجاه الصحيح للحوسبة الكمومية. لا يزال هناك الكثير من المشكلات التي يتعين حلها (وهذه النتائج تحتاج إلى تكرارها أيضًا بالطبع)، ولكن من الناحية النظرية، يمكن أن يكون الكمبيوتر الذي يحتوي على 100 من هذه الكيوبتات المنطقية مفيدًا بالفعل في حل بعض المشكلات، في حين أن الآلة التي تحتوي على 1000 كيوبت وتقول مايكروسوفت إن بإمكانها “إطلاق العنان لميزة تجارية”.

استخدم الفريق معالج Quantinuum H2 المصنوع من الحديد المحاصر، وتمكن من دمج 30 كيوبتًا فيزيائيًا في أربع كيوبتات منطقية موثوقة للغاية. يساعد تشفير عدة كيوبتات مادية في كيوبت منطقي واحد على حماية النظام من الأخطاء. تتشابك البتات الكمومية المادية معًا بحيث يصبح من الممكن اكتشاف خطأ في الكيوبت الفعلي وإصلاحه.

إن تصحيح الخطأ هذا هو الذي أزعج الصناعة منذ فترة طويلة: كلما انخفض مستوى الضوضاء وارتفعت جودة البتات الكمومية المادية، كان ذلك أفضل بالطبع، ولكن بدون تصحيح متطور للأخطاء، لا يوجد مخرج من عصر NISQ لأن هذه الأنظمة سوف جميع decohere عاجلا وليس آجلا.

يقول دينيس توم، المدير العام لشركة Azure: “إن مجرد زيادة عدد الكيوبتات المادية ذات معدل خطأ مرتفع – دون تحسين معدل الخطأ هذا – أمر غير مجدي لأن القيام بذلك سيؤدي إلى جهاز كمبيوتر كمي كبير ليس أقوى من ذي قبل”. كتب Quantum وKrysta Svore، نائب الرئيس للتطوير الكمي المتقدم في Microsoft، في إعلان اليوم. “على النقيض من ذلك، عندما يتم استخدام الكيوبتات المادية ذات جودة التشغيل الكافية مع نظام تنسيق وتشخيص متخصص لتمكين البتات الكمومية الافتراضية، عندها فقط تؤدي زيادة عدد الكيوبتات المادية إلى حواسيب كمومية قوية ومتسامحة مع الأخطاء قادرة على أداء أطول وحسابات أكثر تعقيدًا.”

منذ عامين فقط بدأت الكيوبتات المنطقية تتفوق على الكيوبتات المادية. الآن، تجادل Microsoft وQuantinuum بأن نظام الأجهزة/البرمجيات الجديد الخاص بهم يُظهر أكبر فجوة بين معدلات الخطأ المادي والمنطقي، مما يؤدي إلى تحسين استخدام الكيوبتات المادية فقط بما يصل إلى 800x.

اعتمادات الصورة: مايكروسوفت

لاحظ الباحثون أنه من أجل تجاوز NISQ، من الضروري وجود فصل كبير بين معدلات خطأ الكيوبت المنطقية والمادية، بالإضافة إلى القدرة على تصحيح أخطاء الدوائر الفردية وتوليد التشابك بين اثنين على الأقل من الكيوبتات المنطقية. إذا صمدت هذه النتائج، يكون الفريق قد حقق الثلاثة، وقد دخلنا بالفعل عصر مستقر عصر الحوسبة الكمومية المرنة.

وكما تبين، فإن النتيجة الأكثر أهمية هنا قد تكون في الواقع قدرة الفريق على إجراء “استخراج المتلازمة النشطة”، أي القدرة على تشخيص الخطأ وتصحيحه، دون تدمير الكيوبت المنطقي في هذه العملية.

يوضح توم وسفور: “يمثل هذا الإنجاز الخطوة الأولى في القدرة على تصحيح الأخطاء مع عدم تدمير الكيوبتات المنطقية ويعرض معلمًا أساسيًا في تصحيح الأخطاء الكمومية”. “لقد أظهرنا هذا المكون الحاسم للحوسبة الكمومية الموثوقة باستخدام نظام المحاكاة الافتراضية الخاص بنا، مما أدى إلى انخفاض معدل الخطأ المنطقي خلال جولات متعددة من استخراج المتلازمة.”

سيكون الأمر الآن متروكًا لبقية المجتمع الكمي لتكرار هذه النتائج وتنفيذ أنظمة مماثلة لتصحيح الأخطاء. من المحتمل أن تكون هذه مسألة وقت فقط.

وقال إلياس خان، المؤسس والرئيس التنفيذي للمنتجات في شركة Quantinuum: “تمثل نتائج اليوم إنجازًا تاريخيًا وهي انعكاس رائع لكيفية استمرار هذا التعاون في دفع حدود النظام البيئي الكمي”. “من خلال تصحيح الأخطاء المتطور من Microsoft والمتوافق مع أقوى كمبيوتر كمي في العالم والنهج المتكامل تمامًا، نحن متحمسون جدًا للتطور التالي في التطبيقات الكمومية ولا يمكننا الانتظار لنرى كيف سيكون عملاؤنا وشركاؤنا الاستفادة من حلولنا خاصة ونحن نتحرك نحو المعالجات الكمومية على نطاق واسع.

لمزيد من التفاصيل، يمكنك العثور على الورقة التقنية هنا.