على الرغم من التقدم الذي تم إحرازه نحو جعل الحواسيب الكمومية عملية، لا تزال أنظمة الكيوبت غير مستقرة وعرضة بشدة للأخطاء، وهو ما قد تكون جوجل قد حققت خطوة كبيرة نحو إصلاحه.
من خلال شريحة كمومية جديدة تُدعى “ويلو”، تمكن مهندسو جوجل من تحقيق إنجاز كبير في معالجة الأخطاء. على وجه التحديد، استطاعوا الحفاظ على كيوبت منطقي واحد مستقر بما يكفي بحيث تحدث الأخطاء مرة واحدة كل ساعة تقريبًا، وهو تحسن هائل مقارنةً بالإعدادات السابقة التي كانت تفشل كل بضع ثوانٍ.
الكيوبتات هي اللبنات الأساسية للمعلومات الكمومية. على عكس البتات في الحوسبة التقليدية التي يمكن أن تخزن 1 أو 0، يمكن لهذه الكيوبتات تخزين 1 أو 0 أو حالة تراكب بينهما. هذه التركيبة هي أداة قوية في تصميم الخوارزميات التي يمكنها حل مشاكل تستغرق وقتًا طويلاً جدًا لحلها باستخدام حاسوب تقليدي، إذا كان بإمكانه إدارتها أصلاً.
للأسف، تعتبر الكيوبتات أشياء حساسة؛ حيث إن حالات التراكب الخاصة بها عرضة للتشابك مع البيئة وفقدان خصائصها الرياضية. بينما الأنظمة الحالية قوية بما يكفي لضمان موثوقية تصل إلى 99.9 بالمئة، تحتاج الأنظمة العملية إلى معدل خطأ أقرب إلى واحد في تريليون.
لمواجهة الأخطاء في هذه الكيوبتات الهشة، يمكن للباحثين توزيع كيوبت منطقي واحد عبر عدد من الجسيمات في حالة تراكب. ومع ذلك، فإن هذا النطاق يعمل فقط إذا كانت الكيوبتات الفيزيائية الإضافية تصحح الأخطاء بشكل أسرع بكثير مما تنتجها.
“ويلو هو أول معالج حيث تتحسن الكيوبتات المصححة للأخطاء بشكل متزايد كلما زادت حجمها”، كتب مايكل نيومان وكيفن ساتزينجر من فريق جوجل للذكاء الاصطناعي الكمومي. “كلما زدنا عدد كيوبتنا المشفرة من شبكة 3×3 إلى شبكة 5×5 ثم إلى شبكة 7×7 من الكيوبتات الفيزيائية، يتم تقليل معدل الخطأ المشفر بمقدار الضعف.”
تم تجهيز ويلو بـ105 كيوبت فعلي ، وقد أدّت تركيبتها المعمارية وخوارزميات تصحيح الأخطاء المستخدمة فيها إلى نجاحها فيما يتعلق بالاستقرار – حيث يعني المزيد من الكيوبتات أخطاء أقل.
لقد كانت هذه مشكلة منذ أن تم تقديم تقنيات تصحيح الخطأ الكمومي لأول مرة في منتصف التسعينيات. بينما لا يزال هناك طريق طويل أمام تحقيق الحوسبة الكمومية بالكامل ، قد تكون العمليات الكمومية واسعة النطاق ممكنة على الأقل بعد اتباع هذا النهج.
“هذا يُظهر قمع الخطأ الأسي الذي وعد به تصحيح الخطأ الكمومي ، وهو هدف يعود لأكثر من ثلاثين عامًا للحوسبة الكمومية والعنصر الرئيسي لفتح التطبيقات الكمومية واسعة النطاق”، كتب نيومان وسازينجر.
لا يعد الاستقرار الفائدة الوحيدة لويلو: تقول جوجل إنها قادرة على إكمال مهمة كمومية محددة خلال خمس دقائق ستستغرق واحدة من أسرع حواسيبنا الخارقة عشرة سبتيليون سنة (إنه مهمة صُممت خصيصًا للحواسيب الكمومية ولكن لا يزال يظهر ما هو ممكن).
ستظل الأخطاء موجودة دائمًا في الأنظمة الكمومية ، لكن ما يسعى الباحثون لتحقيقه هو جعل حدوثها نادرًا بما يكفي لجعل المعالجة الكمومية عملية. سيتطلب ذلك أجهزة أفضل والمزيد من الكيوبت والبرمجيات المحسّنة.
“يبدو أن تصحيح الخطأ الكمومي يعمل الآن ، لكن هناك فجوة كبيرة بين معدلات الخطأ الواحدة لكل ألف اليوم ومعدلات الخطأ الواحدة لكل تريليون المطلوبة غدًا”، كتب نيومان وسازينجر.
تم نشر نسخة غير محررة مسبقاً للبحث في مجلة “نيشر”.
