إن الرياضيات التي تفسر سبب كون الدونات هو في الحقيقة نفس شكل فنجان القهوة ولكن ليس سلة المهملات ، يمكن أن يكون المفتاح لجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية عملية. استخدم فريقان من الباحثين الطوبولوجيا ، وهو مجال رياضيات عمره قرون ، ونوع جديد من “شبه الجسيمات” للتوصل إلى تقنية تصحيح الأخطاء لأجهزة الكمبيوتر الكمومية التي يمكن أن تترك الآخرين مطورين حتى الآن في سلة المهملات.
تعد أنظمة تصحيح الأخطاء ضرورية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية ، لأن البت الكمي غير المحمي (كيوبت) هو شيء حساس دائمًا – غالبًا ما يكون جسيمًا منفردًا أو حالة كمومية تحت رحمة الضوضاء الحرارية أو العشوائية في النظام إلى الأبد. ونظرًا لأن الكيوبتات تكون عادةً مترابطة ميكانيكيًا كميًا مع بعضها البعض – لاستخدام المصطلحات ، تكون الكيوبتات متشابكة عادةً – فإن إخراج واحد أو اثنين فقط من العمولة يمكن أن يؤثر على النظام بأكمله.
يتخذ البحث عن أفضل أنظمة تصحيح الأخطاء الكمومية اليوم أشكالًا عديدة. تظهر نماذج وتقنيات واختراعات تنقية الأخطاء الكمومية بانتظام من المختبرات والشركات الناشئة والشركات العملاقة الطموحة في مجال الحوسبة الكمومية حول العالم. لكن تطورًا جديدًا يسخر شبه جسيم بعيد المنال قد يكون سلوكه عازمًا لتناسب الاحتياجات الأكثر إلحاحًا للكيوبت الدقيق دائمًا. تتنافس الآن شركتان – وحدة الذكاء الاصطناعي الكمومية من Google وشركة برومفيلد ، كولورادو – لبدء التشغيل القائم على Quantinuum – على حقوق الاكتشاف لكيان كمي يسمى أي شخص غير أبيلي.
حالات جديدة من المادة لحل المشاكل القديمة
توجد أيونات غير أبيلية في فضاءات ثنائية الأبعاد ، مثل الأسطح أو المواد المستوية مثل الجرافين ، وتعرض نوعًا غريبًا من الفردية التي تفرضها قوانين فيزياء الكم. على عكس الجسيمات القابلة للتبديل تمامًا مثل الإلكترونات والفوتونات ، يمكن تمييز أيونات غير أبيلية بشكل كافٍ عن بعضها البعض لتتبع مسارات مميزة ، ومن المحتمل أن تربط العقد والالتواءات حول بعضها البعض في هذه العملية. (الطوبولوجيا هي دراسة ، من بين أشياء أخرى ، هذه العقدة والالتواءات نفسها. وهذا هو السبب في أن أي شخص غير أبيليان هو مخلوق لما يسمى بالحسابات الكمومية الطوبولوجية.)
يقول توني أوتلي ، رئيس شركة Quantinuum ومدير العمليات: “لقد استخدمنا تشابك الكيوبتات لإنشاء بيئة يمكنك من خلالها تكوين هذه الأيونات”. “إنها حالة كمية من المادة يمكننا الآن إنشاؤها داخل جهاز كمبيوتر كمومي.”
يقول بيدرام روشان من Google Quantum AI إن الميزة الجذابة لهذا السلالة الجديدة من أشباه الجسيمات هي الجمع بين إمكانية الوصول إلى العمليات المنطقية الكمومية وقابليتها النسبية للتأثر بالضوضاء الحرارية والبيئية. هذا المزيج ، كما يقول ، تم التعرف عليه في أول اقتراح للحوسبة الكمومية الطوبولوجية ، في عام 1997 من قبل الفيزيائي الروسي المولد أليكسي كيتاييف.
في ذلك الوقت ، أدرك كيتاييف أن الأشخاص غير الأبيليين يمكنهم تشغيل أي خوارزمية كمبيوتر كمومية. والآن بعد أن قامت مجموعتان منفصلتان بتكوين أشباه الجسيمات في البرية ، فإن كل فريق حريص على تطوير مجموعته الخاصة من الأدوات الحسابية الكمومية حول هذه الجسيمات الجديدة.
تتميز شريحة الكمبيوتر الكمومية H2 الخاصة بـ Quantinuum بـ 32 كيوبت تتكون من أيونات الإيتربيوم الفردية داخل مصيدة كهرومغناطيسية. الكم
يقول توني أوتلي ، رئيس شركة Quantinuum ومدير العمليات: “لقد استخدمنا تشابك الكيوبتات لإنشاء بيئة يمكنك من خلالها تكوين هذه الأيونات”. “إنها حالة كمية من المادة يمكننا الآن إنشاؤها داخل جهاز كمبيوتر كمومي.”
يقول بيدرام روشان من Google Quantum AI إن الميزة الجذابة لهذا السلالة الجديدة من أشباه الجسيمات هي الجمع بين إمكانية الوصول إلى العمليات المنطقية الكمومية وقابليتها النسبية للتأثر بالضوضاء الحرارية والبيئية. هذا المزيج ، كما يقول ، تم التعرف عليه في أول اقتراح للحوسبة الكمومية الطوبولوجية ، في عام 1997 من قبل الفيزيائي الروسي المولد أليكسي كيتاييف.
في ذلك الوقت ، أدرك كيتاييف أن الأشخاص غير الأبيليين يمكنهم تشغيل أي خوارزمية كمبيوتر كمومية. والآن بعد أن قامت مجموعتان منفصلتان بتكوين أشباه الجسيمات في البرية ، فإن كل فريق حريص على تطوير مجموعته الخاصة من الأدوات الحسابية الكمومية حول هذه الجسيمات الجديدة.
يقول روشان: “الفكرة الجميلة هي أنه إذا كان لديك جسيمان ، يمكنك تحريكهما حول بعضهما البعض مع إبعادهما عن بعضهما البعض” ، مما يحميهما من التفاعلات التي قد تؤدي إلى انهيار حالاتهما الكمومية الدقيقة. “السحر هو أنه … عندما تقوم هذه الجسيمات بتنفيذ ضفيرة معينة ، يمكن لهذه القطع المحمية أن تنقلب بالفعل.”
كيف يبدو الكمبيوتر الكمي الطوبولوجي؟
قام Quantinuum ، جنبًا إلى جنب مع متعاونين في جامعتي هارفارد وستانفورد ، بتحميل ورقة إلى خادم Arxiv لما قبل الطباعة الشهر الماضي معلنين عن إنشائهم لأيون غير أبليان في الكمبيوتر الكمومي H2 للشركة ، كل منها 32 كيوبت عبارة عن أيونات إيتربيوم فردية داخل مصيدة كهرومغناطيسية. يقول أوتلي: “يقع هذا الفخ داخل غرفة مفرغة كبيرة الحجم بحجم كرة السلة”.
وفي الوقت نفسه ، نشر فريق Google Quantum AI واتحاد دولي من المتعاونين ورقة بحثية في طبيعةهذا الشهر – بعد أن تم تحميله لأول مرة على خادم Arxiv في أكتوبر الماضي. أبلغت هذه المجموعة أيضًا عن إنشاء أشخاص غير أبليين من نوع مختلف.
قام فريق Google باكتشاف أي شخص غير أبيلي على كمبيوتر كمي مبني حول كيوبتات فائقة التوصيل تتكون من مفاصل جوزيفسون وعناصر دارة أخرى مثل المحاثات والمكثفات.
بدأ فريق الذكاء الاصطناعي الكمومي في Google في تصور كيفية حساب الكم الطوبولوجي – مثل الضفائر والتواءات من الكيوبتات حول بعضها البعض. جوجل الكم AI
يقول تروند أندرسن ، عضو فريق Google Quantum AI ، عضو فريق Google Quantum AI ، عن الكيوبتات في نظام Google ، إن الكيوبتات هي في الأساس مذبذبات مكثف ومحث. لكنها مصنوعة من تقاطعات جوزيفسون. والجميل في ذلك هو أنه عندما نبردهم ، يمكننا أن نرى المستويات الكمية لهذا المذبذب. وهذه المستويات الكمية هي ما نستخدمه على أنه صفر وواحد. “
أكد تشيتان ناياك ، الخبير في أيون غير أبيليان وتصحيح الخطأ الطوبولوجي ، مايكروسوفت ريسيرش في سانتا باربرا ، كاليفورنيا ، على أهمية البحث الجديد. ووصف عمل Quantinuum بأنه “إثبات علمي مثير للإعجاب” “يثبت صحة اعتقاد Microsoft الطويل الأمد بأن هندسة كيوبت طوبولوجي محمي من الأخطاء هو السبيل لتقديم الحوسبة الكمومية على نطاق واسع.”
ومثل ثقب الإلكترون في العمليات اليومية لأشباه الموصلات ووحدات المعالجة المركزية ، وفقًا لهؤلاء الباحثين على الأقل ، قد يكون شبه الجسيم الجديد هو الجسر المطلوب نحو نوع من التشابك المحمي طوبولوجيًا والذي يمكن أن يبدأ في تحقيق الوعد الضخم للحوسبة الكمومية.
من مقالات موقعك
مقالات ذات صلة حول الويب
