مدار جدید دانشگاه «ام‌آی‌تی» برای بهبود محاسبات کوانتومی

مدار جدیدی که در دانشگاه «ام‌آی‌تی» ساخته شده است، توانایی قابل توجهی را در محاسبات کوانتومی دارد و می‌تواند به بهبود این حوزه کمک کند.

کد خبر: ۶۵۸۶۶۸

تاریخ: ۰۶ مهر ۱۴۰۲ - ۱۰:۱۱

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از آی‌ای، پژوهشگران دانشگاه «ام‌آی‌تی»(MIT) مدار جدیدی ساخته‌اند که می‌تواند محاسبات کوانتومی را با دقت بالایی انجام دهد. در بیانیه مطبوعاتی آمده است که پژوهشگران، نوع جدیدی از کیوبیت ابررسانا به نام «فلوکسونیوم»(Fluxonium) را به کار برده‌اند.

رایانه‌های کوانتومی به عنوان مرز آینده محاسبات در نظر گرفته می‌شوند زیرا می‌توانند محاسبات را با سرعت‌هایی انجام دهند که ده‌ها سال جلوتر از ابررایانه‌های امروزی هستند. مزیت دیگر چنین سرعت‌های بالایی این است که خطاها را می‌توان به همان سرعت جمع کرد.

حتی یک خطای کوچک می‌تواند به سرعت یک سیستم در مقیاس بزرگ را از کار بیندازد. بنابراین، سیستم‌های کوانتومی به یک سیستم تصحیح خطا نیاز دارند که به همان اندازه سریع باشد و همراه با محاسبات کار کند تا از کارآیی آن اطمینان حاصل شود.

استفاده از فلوکسونیوم برای افزایش دقت

پژوهش‌های پیشین در محاسبات کوانتومی از کیوبیت‌های «ترانسمون»(Transmon) استفاده می‌کردند اما اخیرا کیوبیت‌های فلوکسونیوم محبوبیت پیدا کرده‌اند زیرا در مقایسه با ترانسمون‌ها زمان انسجام بیشتری دارند.

زمان انسجام، مدت زمانی است که یک کیوبیت می‌تواند الگوریتم‌ها را پیش از محو شدن تمام اطلاعات از هم تفکیک کند. کیوبیت‌های فلوکسونیوم بیش از یک میلی‌ثانیه زمان انسجام را نشان داده‌اند اما این زمان‌ها ۱۰ برابر بیشتر از ترانسمون‌ها هستند. هرچه یک کیوبیت بیشتر منسجم بماند، وفاداری یا دقت عملیات کوانتومی بیشتر می‌شود.

همچنین می‌توان از رمزهای تصحیح خطا برای کاهش دادن میزان خطا استفاده کرد. با وجود این، برای پیاده‌سازی چنین رمزهایی باید عملیات از مفهوم «آستانه وفاداری» عبور کند و بهبود دقت عملیات، هزینه‌ اجرای این رمزها را کاهش می‌دهد.

مدار چگونه کار می‌کند؟

گروه پژوهشی ام‌آی‌تی در طراحی مدار خود از دو کیوبیت فلوکسونیوم در دو طرف و یک جفت ترانسمون قابل تنظیم کردن استفاده کردند. این ساختار «فلوکسونیوم-ترانسمون-فلوکسونیوم»(FTF) در مقایسه با آنچه با استفاده از کیوبیت‌های فلوکسونیوم به تنهایی به دست می‌آید، جفت قوی‌تری را ارائه می‌دهد.

پژوهشگران در آزمایش‌های خود، ۹۹.۹۹ درصد دقت محاسباتی را هنگام استفاده کردن از یک گیت تک کیوبیتی و ۹۹.۹ درصد دقت را هنگام استفاده از یک گیت دو کیوبیتی نشان دادند. این آستانه‌های وفاداری، بسیار بالاتر از آستانه رمزهای تصحیح خطا هستند و می‌توان از آنها در سیستم‌های بزرگ مقیاس استفاده کرد.

ساختار FTF یک نقش حیاتی را در این میان بر عهده دارد زیرا تعاملات ناخواسته در پس‌زمینه را طی محاسبات کوانتومی به حداقل می‌رساند. همان طور که کوپلینگ‌ها قابل‌توجه‌تر می‌شوند، نویز پس‌زمینه در سیستم پایدارتر می‌شود که دانشمندان آن را تعاملات ZZ می‌نامند. ساختار FTF به غلبه کردن بر این مشکل کمک کرد.

«چونکینگ دنگ»(Chunqing Deng)، رئیس گروه آزمایش کوانتومی در آزمایشگاه کوانتومی «آکادمی دامو»(DAMO Academy) که در این پژوهش شرکت نداشت، در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: این پژوهش، پیشگام ارائه یک ساختار جدید برای جفت کردن دو کیوبیت فلوکسونیوم است. آستانه‌های وفاداری به‌ دست‌ آمده نه تنها برای فلوکسونیوم بهترین هستند، بلکه با آستانه وفاداری ترانسمون‌ها که کیوبیت غالب کنونی است نیز برابری می‌کنند.

وی افزود: نکته مهم‌تر این است که این ساختار، درجه بالایی از انعطاف‌پذیری را در انتخاب پارامتر ارائه می‌دهد. این یک ویژگی ضروری برای افزایش دادن مقیاس و رساندن به یک پردازنده فلوکسونیوم چند کیوبیتی است.

این پژوهش در مجله «Physical Review X» به چاپ رسید.