อัตราความผิดพลาดของคอมพิวเตอร์ควอนตัมลดลง 54% ผ่านการตรวจสอบสัญญาณอัตโนมัติ

นักฟิสิกส์ได้ค้นพบวิธีง่ายๆ ในการป้องกันไม่ให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสูญเสียการปรับจูน โดยการเพิ่มการตรวจสอบวินิจฉัยก่อนที่จะเริ่มการคำนวณ ทีมวิจัยนานาชาติสามารถลดความผิดพลาดในการประมวลผลลงได้ 54% เทคโนโลยีนี้ได้ถูกเผยแพร่ในวารสาร Applied Physics Reviews ซึ่งแก้ไขปัญหาที่ใหญ่ที่สุดอย่างหนึ่งในวิศวกรรมควอนตัมสมัยใหม่: ความเปราะบางทางกายภาพของควอนตัมบิต (qubits) แตกต่างจากชิปคอมพิวเตอร์ทั่วไปที่ทำงานเป็นสวิตช์ไบนารีมาตรฐานในการประมวลผลข้อมูล คอมพิวเตอร์ควอนตัมพึ่งพาวงจรทางกายภาพที่ควบคุมโดยฟิสิกส์ควอนตัม ในการศึกษาใหม่ ทีมได้ทดสอบวงจรซูเปอร์คอนดักเตอร์บนชิป และใช้พัลส์ไมโครเวฟที่มีความแม่นยำสูงในการนำทางระบบ

การทดลองดำเนินการที่ศูนย์คอมพิวเตอร์ควอนตัมในอิสราเอล โดยนักวิจัย Fabrizio Berritta ได้ควบคุมฮาร์ดแวร์จากระยะไกลที่ Massachusetts Institute of Technology

ในการทดสอบที่ไม่ได้ปรับแต่ง ทีมสังเกตเห็นว่าการทำงานของควอนตัมบิตมีการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญตามเวลา สาเหตุหลักของปัญหานี้คือข้อบกพร่องในระดับจุลภาคภายในชิป ข้อบกพร่องในวัสดุทำให้ความถี่การสั่นพ้องของวงจรเปลี่ยนแปลงระหว่างสองสถานะที่แตกต่างกัน ความถี่นี้กำหนดสัญญาณไมโครเวฟที่แม่นยำซึ่งจำเป็นสำหรับการโปรแกรมโปรเซสเซอร์ นักวิจัยกล่าวในข่าวประชาสัมพันธ์ว่า "สามารถมองว่านี่เป็นเครื่องดนตรี หากเครื่องดนตรีมีเสียงผิดเพี้ยน การกระทำเดียวกันจะไม่สามารถสร้างโน้ตที่คาดหวังได้อย่างถูกต้อง" หากความถี่เปลี่ยนแปลงโดยไม่แจ้งล่วงหน้า พัลส์ที่เข้ามาจะไม่สามารถตีเป้าหมายได้

แม้ว่าวงจรยังสามารถทำงานได้ แต่การคำนวณจะล้มเหลว การทดลองในอดีตสามารถระบุการเปลี่ยนแปลงนี้ได้ แต่ไม่สามารถแก้ไขได้ในระหว่างการคำนวณที่ใช้งานอยู่

กลไกการตอบกลับแบบเรียลไทม์ของวิธีใหม่

วิธีใหม่ได้นำเสนอการตอบกลับแบบเรียลไทม์ ก่อนการทำงานของการคำนวณแต่ละครั้ง ระบบจะเตรียมควอนตัมบิตอย่างรวดเร็วและติดตามพฤติกรรมของมัน เนื่องจากแต่ละสถานะความถี่มีการทำเครื่องหมายที่ชัดเจน ระบบจึงสามารถระบุช่องทางที่ควอนตัมบิตอยู่ได้ทันที คอมพิวเตอร์ควบคุมจะปรับพัลส์ไมโครเวฟใหม่เพื่อให้ตรงกับความถี่นั้น จากนั้นจึงทำการรันลอจิกเกต การปรับอัตโนมัตินำมาซึ่งความเสถียรทันที ในการทดสอบมาตรฐาน อัตราความผิดพลาดเฉลี่ยของควอนตัมบิตลดลงจาก 0.14% เป็น 0.065% ในช่วงที่มีการรบกวนสูงสุด อัตราความผิดพลาดลดลงมากถึง 77% ขณะนี้วิธีนี้ยังต้องการความเข้าใจล่วงหน้าเกี่ยวกับตัวเลือกความถี่สองตัว และควอนตัมบิตจะต้องอยู่ในสถานะนั้นเป็นเวลานานพอที่จะให้สัญญาณไมโครเวฟที่ปรับได้ไปถึง

อย่างไรก็ตาม หัวหน้านักวิจัย Ferdinand Kuemmeth ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์เชิงทดลองที่มหาวิทยาลัยเรเกนส์บูร์กและสถาบัน Niels Bohr ในโคเปนเฮเกน ชี้ให้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้แก้ไขปัญหาที่เร่งด่วนในอุตสาหกรรม "ในระยะยาว เมื่อวัสดุควอนตัมมีความบริสุทธิ์มากขึ้น จะต้องมีการทำงานพร้อมกันของควอนตัมบิตที่เกือบสมบูรณ์หลายล้านตัว" ศาสตราจารย์ Kuemmeth อธิบาย เขาชี้ให้เห็นว่าแม้แต่ชิปที่บริสุทธิ์ที่สุดในอนาคตก็ยังมีข้อบกพร่องที่กระจัดกระจายอยู่ และห้องปฏิบัติการของเขาได้ออกแบบเครื่องมืออัตโนมัติเพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงความถี่ที่ไม่รู้จัก

ความท้าทายของการคำนวณควอนตัมในอนาคต

คอมพิวเตอร์ควอนตัมเชิงพาณิชย์จะต้องการควอนตัมบิตจำนวนมากทำงานร่วมกันโดยไม่สูญเสียความถูกต้อง นักวิจัยเชื่อว่าการสร้างการตอบกลับที่สามารถแก้ไขได้โดยตรงในสายควบคุมฮาร์ดแวร์จะทำให้โปรเซสเซอร์ควอนตัมในอนาคตสามารถทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ในระดับขนาดใหญ่ ศาสตราจารย์ Kuemmeth กล่าว "ผมเชื่อมั่นว่าหลังจากการขยายตัวของการคำนวณควอนตัมที่กำลังจะมาถึง วิธีการของเราจะมีคุณค่าอย่างมากและมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความสามารถในการคำนวณจริงของคอมพิวเตอร์ควอนตัม"

ความเสถียรของการคำนวณควอนตัมและการพัฒนาในอนาคต

การพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมเผชิญกับความท้าทายจากความเปราะบางของควอนตัมบิต โดยเฉพาะการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพที่เกิดจากข้อบกพร่องในระดับจุลภาค เทคโนโลยีใหม่นี้ได้ปรับปรุงความเสถียรของควอนตัมบิตผ่านการตอบกลับแบบเรียลไทม์ แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการทำงานอัตโนมัติและการปรับทันทีในด้านการคำนวณควอนตัม ด้วยความก้าวหน้าของวัสดุควอนตัม คอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตจะต้องสามารถทำงานพร้อมกันของควอนตัมบิตจำนวนมาก ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ ความพยายามของนักวิจัยไม่เพียงแต่แก้ไขปัญหาทางเทคนิคในปัจจุบัน แต่ยังวางรากฐานสำหรับการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมในระยะยาว