انخفاض معدل أخطاء الحواسيب الكمومية بنسبة 54% من خلال فحص الإشارات التلقائي

وجد الفيزيائيون طريقة بسيطة لمنع الحواسيب الكمومية من فقدان التناغم. من خلال إضافة فحص تشخيصي قبل تشغيل الحسابات، تمكن فريق بحث دولي من تقليل معدل الأخطاء بنسبة 54%. تم نشر هذه التقنية في مجلة "المراجعات الفيزيائية التطبيقية"، حيث تعالج واحدة من أكبر العقبات في هندسة الكم الحديثة: الضعف الفيزيائي الشديد للكيوبتات. على عكس الرقائق التقليدية التي تعمل كأزرار ثنائية قياسية لمعالجة البيانات، تعتمد المعالجات الكمومية على دوائر فيزيائية تخضع لسيطرة الفيزياء الكمومية. في دراسة جديدة، اختبر الفريق دائرة فائقة التوصيل على الرقاقة، وقام بتوجيه النظام من خلال نبضات ميكروويف فائقة الدقة.

تمت التجربة في مركز الحوسبة الكمومية في إسرائيل، حيث قام الباحث Fabrizio Berritta بالتحكم عن بُعد في الأجهزة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

في الاختبارات التي لم يتم تعديلها، لاحظ الفريق تقلبات ملحوظة في أداء الكيوبتات مع مرور الوقت. وكان السبب الرئيسي وراء ذلك هو العيوب الميكروسكوبية داخل الرقاقة. تؤدي عيوب المواد إلى تقلب تردد الرنين بين حالتين مختلفتين. يحدد هذا التردد الإشارات الميكروويفية الدقيقة المطلوبة لبرمجة المعالج. قال الباحثون في بيان صحفي: "يمكن اعتبار ذلك كأداة موسيقية. إذا كانت الأداة غير متناسقة قليلاً، فلن تنتج نفس الحركة النغمة المتوقعة بدقة." إذا تغير التردد بشكل غير متوقع، فلن تتمكن النبضات الواردة من الوصول إلى الهدف.

على الرغم من أن الدائرة لا تزال قادرة على العمل، إلا أن الحسابات ستفشل. كانت التجارب السابقة قادرة على تحديد هذا التغيير، ولكن لم يكن بالإمكان تصحيحه أثناء إجراء الحسابات النشطة.

آلية التغذية الراجعة في الوقت الحقيقي للطريقة الجديدة

تقدم الطريقة الجديدة تغذية راجعة في الوقت الحقيقي. قبل كل عملية حسابية، يقوم النظام بإعداد الكيوبتات بسرعة وتتبع سلوكها. نظرًا لأن كل حالة تردد لها علامات بارزة، يمكن للنظام التعرف على القناة التي يتواجد فيها الكيوبت على الفور. بعد ذلك، يعيد الكمبيوتر التحكم توجيه النبضات الميكروويفية لتتناسب مع هذا التردد، ثم يشغل البوابات المنطقية. أدى التعديل التلقائي إلى تحقيق استقرار فوري. في اختبارات الأداء، انخفض معدل الخطأ المتوسط للكيوبتات من 0.14% إلى 0.065%. خلال فترات الاضطراب القصوى، انخفض معدل الخطأ بنسبة تصل إلى 77%. ومع ذلك، لا تزال هذه الطريقة بحاجة إلى معرفة مسبقة بخيارين للتردد، ويجب أن تبقى الكيوبتات في هذا الوضع لفترة كافية حتى تصل الإشارة الميكروويفية المعدلة.

ومع ذلك، أشار الباحث الرئيسي Ferdinand Kuemmeth، وهو فيزيائي تجريبي في جامعة ريغنسبورغ ومعهد نيلز بور في كوبنهاغن، إلى أن هذه التقنية تعالج مشكلة صناعية ملحة. وقال: "على المدى الطويل، مع تزايد نقاء المواد الكمومية، سيكون من الضروري تشغيل ملايين الكيوبتات المثالية تقريبًا في نفس الوقت." وأوضح البروفيسور Kuemmeth أنه حتى أكثر الرقائق نقاء في المستقبل ستظل تحتوي على عيوب متناثرة، وقد صمم مختبره أدوات آلية لاكتشاف التغيرات غير المعروفة في التردد.

تحديات الحوسبة الكمومية في المستقبل

ستحتاج الحواسيب الكمومية التجارية إلى عدد كبير من الكيوبتات للعمل معًا دون فقدان الدقة. يعتقد الباحثون أنه من خلال بناء التغذية الراجعة الذاتية مباشرة في خطوط التحكم الخاصة بالأجهزة، يمكن أن تعمل المعالجات الكمومية المستقبلية بشكل موثوق على نطاق واسع. قال Kuemmeth: "أنا مقتنع بأن طريقتنا ستصبح ذات قيمة كبيرة في عصر توسيع الحوسبة الكمومية القادمة، وستؤثر بشكل كبير على القدرة الحاسوبية الفعلية للحواسيب الكمومية."

استقرار الحوسبة الكمومية وتطورها في المستقبل

تواجه تطورات الحوسبة الكمومية تحديات تتعلق بضعف الكيوبتات، خاصة التقلبات في الأداء الناتجة عن العيوب الميكروسكوبية. تظهر هذه التقنية الجديدة من خلال التغذية الراجعة في الوقت الحقيقي لتحسين استقرار الكيوبتات، مما يبرز أهمية الأتمتة والتعديل الفوري في مجال الحوسبة الكمومية. مع تقدم المواد الكمومية، ستحتاج الحواسيب الكمومية المستقبلية إلى تشغيل عدد كبير من الكيوبتات في نفس الوقت، وهو أمر حيوي لتحقيق التطبيقات التجارية. لا تقتصر جهود الباحثين على معالجة العقبات التقنية الحالية، بل تؤسس أيضًا لأسس التطور طويل الأمد للحوسبة الكمومية.