رایانههای کوانتومی معمولاً بهعنوان فناوری آیندهای توصیف میشوند که قادر به حل مسائلی هستند که رایانههای سنتی نمیتوانند به آنها بپردازند. پژوهشگران انتظار دارند با پیشرفت این دستگاهها، دستاوردهای بزرگی در فیزیک، تحقیقات پزشکی، رمزنگاری و چندین حوزهٔ دیگر بهوجود آید.
بههمینکه رقابت برای ساخت اولین رایانهٔ کوانتومی تجاری بزرگمقیاس و قابلاعتماد تشدید میشود، مسألهای اساسی بهسختی میتوان نادیده گرفت. اگر این دستگاهها جواب مسائلی را که برای ماشینهای کلاسیک غیرممکن بهنظر میرسد ارائه دهند، چگونه میتوان صحت نتایج را تأیید کرد؟
یک تحقیق اخیر از دانشگاه سوینبرن بههدف رسیدگی به این معضل انجام شده است.
چرا بررسی پاسخهای کوانتومی دشوار است
“یک دسته از مسائلی وجود دارد که حتی سریعترین ابرکامپیوتر جهان نمیتواند آنرا حل کند، مگر اینکه مایل باشید برای دریافت یک پاسخ، میلیونها یا حتی میلیاردها سال صبر کنید،” میگوید نویسندهٔ اصلی، پژوهشگر پسادکتری در مرکز علوم و فناوری کوانتومی دانشگاه سوینبرن، الکساندر دللیوس.
“بنابراین، برای اعتبارسنجی رایانههای کوانتومی، به روشهایی نیاز است تا نظریه و نتیجه را مقایسه کنیم بدون اینکه سالها انتظار بکشیم تا یک ابرکامپیوتر همان کار را انجام دهد.”
تیم تحقیقاتی تکنیکهای جدیدی را برای تأیید اینکه آیا یک نوع خاص از دستگاه کوانتومی، که بهنام نمونهساز بوزون گوسی (GBS) شناخته میشود، نتایج دقیق تولید میکند یا نه، توسعه داد. ماشینهای GBS بر پایهٔ فوتونها، ذرات بنیادی نور، برای تولید محاسبات احتمالی تکیه میکنند که حتی برای سریعترین ابرکامپیوترهای کلاسیک، هزاران سال زمان میبرد تا تکمیل شوند.
ابزارهای جدید خطاهای پنهان را آشکار میکنند
“تنها با چند دقیقه کار بر روی یک لپتاپ، روشهای توسعهیافته این امکان را میدهند که تشخیص دهیم آیا یک آزمایش GBS پاسخ صحیحی تولید میکند و چه خطاهایی (در صورت وجود) حضور دارند.”
برای نشان دادن رویکرد خود، پژوهشگران این روش را بر روی یک آزمایش GBS که بهتازگی منتشر شده بود، اعمال کردند؛ بازآفرینی این آزمایش با استفاده از ابرکامپیوترهای کنونی حداقل ۹٬۰۰۰ سال طول میکشد. تحلیل آنها نشان داد توزیع احتمالی بهدستآمده با هدف موردنظر همراستا نیست و نویز اضافی در آزمایش را افشا کرد که پیش از این ارزیابی نشده بود.
گام بعدی این است که تعیین شود آیا بازتولید این توزیع غیرمنتظره بهخودِ خود از نظر محاسباتی دشوار است یا اینکه خطاهای مشاهدهشده باعث از دست رفتن ‘خصوصیت کوانتومی’ دستگاه شدهاند.
پیشرفت به سمت قابلاعتماد
نتیجهٔ این تحقیق میتواند شکلدهندهٔ توسعهٔ رایانههای کوانتومی بزرگمقیاس و بدون خطا برای استفادهٔ تجاری باشد؛ هدفی که دللیوس امیدوار است در پیشبرد آن نقش داشته باشد.
“توسعهٔ رایانههای کوانتومی بزرگمقیاس و بدون خطا کاری شگفتانگیز است که در صورت موفقیت، زمینههای مختلفی مانند توسعه داروها، هوش مصنوعی، امنیت سایبری را متحول کرده و به ما این امکان را میدهد تا درک عمیقتری از جهان فیزیکی داشته باشیم.”
“یکی از مؤلفههای اساسی این کار، روشهای مقیاسپذیر برای اعتبارسنجی رایانههای کوانتومی است که درک ما از خطاهای موجود در این سیستمها را افزایش میدهد و راهکارهایی برای اصلاح آنها فراهم میآورد تا ‘خصوصیت کوانتومی’ خود را حفظ کنند.”