آی‌بی‌ام در مسیر برتری کوانتومی

آی‌تی‌من- بر اساس مطالعه‌ای که در مجله نیچر منتشر شده، این پیشرفت نزدیک به چهار سال پس از آن اتفاق افتاده که گوگل «برتری کوانتومی» خود را اعلام کرد. در آن زمان محققان گوگل ادعا کرده بودند که رایانه کوانتومی آنها می‌تواند از رایانه‌های کلاسیک کنونی عملکرد بهتری ارایه دهد.

اما ادعاهای برتری کوانتومی به نتیجه نرسید و آزمایش گوگل در دنیای واقعی نتوانست عملکرد قابل توجهی از خود نشان بدهد. طولی نکشید که آزمایش‌های دیگر نشان دادند که ابررایانه‌های کلاسیک هنوز می‌توانند از رایانه کوانتومی گوگل بهتر عمل کنند.

با این حال، محققان آی‌بی‌ام این بار مطمئن هستند که دستاورد آنها قابل اتکا و واقعی است.

جی گامبتا، معاون تحقیقات کوانتومی آی‌بی‌ام گفت: ما در حال ورود به مرحله جدیدی از رایانش کوانتومی هستیم که من آن را «دوران سودمندی» می‌نامم.

به طور خلاصه، رایانش کوانتومی از دو اصل مکانیک کوانتومی؛ یعنی «برهم‌نهی» (Superposition) و «درهم تنیدگی» (Entanglement) بهره می‌برد. برهم‌نهی توانایی یک بیت کوانتومی یا کیوبیت برای قرار گرفتن به طور هم‌زمان در دو حالت مجزاست و در هم‌ تنیدگی نیز دو ذره را قادر می‌سازد تا حالت یکسانی را به طور هم‌زمان به اشتراک بگذارند.

این اصول اجازه می‌دهد تا تعداد بسیار کمتری از کیوبیت‌ها با قدرت پردازش بیت‌های معمولی رقابت کنند. اما در سطح کوانتومی، ذرات به طرز عجیبی ناپایدارند که منجر به حالتی به نام «نویز کوانتومی» می‌شود.

مدیریت این نویز، کلیدی مهم در دستیابی به نتایج کاربردی از رایانه‌های کوانتومی است. به عنوان مثال، تغییر جزئی دما می‌تواند باعث تغییر حالت یک کیوبیت یا از دست رفتن برهم نهی شود.

در این آزمایش، محققان شرکت آی‌بی‌ام از یک پردازنده 127 کیوبیتی IBM Eagle برای محاسبه آنچه که به عنوان مدل Ising شناخته می‌شود، استفاده کردند و رفتار 127 ذره مغناطیسی در ابعاد کوانتومی را در یک میدان مغناطیسی شبیه سازی کردند. برای کاهش نویز کوانتومی نیز محققان، در واقع نویز بیشتری ایجاد کردند و سپس به طور دقیق اثرات آن را بر روی هر قسمت از مدار پردازشگر و الگوهای ایجاد شده ثبت کردند.

به این ترتیب، محققان توانستند با اعتماد بالایی دریابند که رایانش بدون نویز چگونه خواهد بود. آنها این فرایند را «کاهش خطا» می‌نامند.

فقط یک مشکل وجود داشت: از آنجا که رایانش پردازشگر کوانتومی IBM در چنین مقیاس پیچیده‌ای انجام می‌شد، یک کامپیوتر کلاسیک که محاسبات مشابهی را انجام می‌داد نیز با عدم قطعیت مواجه می‌شد. اما آزمایش‌های دیگر نشان داد که پردازشگر کوانتومی نتایج دقیق‌تری نسبت به پردازنده‌های کلاسیک هنگام شبیه‌سازی یک مدل Ising کوچک‌تر، تولید می‌کند. بنابراین محققان نتیجه گرفتند که به احتمال زیاد یافته‌های کاهش خطا درس بوده است.

مایکل زالتل، یکی از نویسندگان فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا برکلی گفت: با وجود اینکه یافته‌ها امیدوارکننده هستند، نمی‌توان به قطعیت گفت که آی‌بی‌ام به برتری کوانتومی دست یافته است.

به گفته وی، آزمایش‌های بیشتری برای تایید تکنیک‌های کاهش خطای محققان این شرکت لازم است. در این آزمایش‌ها باید رایانه کوانتومی، نتایجی مشابه یا بهتر از کامپیوتر کلاسیک ارایه کند.

در همین حال، دانشمندان آی‌بی‌ام کاهش خطا را به عنوان پله‌ای برای فرآیند تاثیرگذارتر تصحیح خطا می‌دانند که می‌تواند در نهایت عصر «برتری کوانتومی» را آغاز کند.