آمازون تراشه کوانتومی اولت را معرفی کرد؛ گام بزرگی در مسیر تصحیح خطا و مقیاسپذیری

آمازون تراشه کوانتومی اولت را معرفی کرد؛ گام بزرگی در مسیر تصحیح خطا و مقیاسپذیری, آمازون وبسرویسها (AWS) با رونمایی از اولت، اولین تراشه محاسبات کوانتومی خود، پیشرفتی قابلتوجه در جهت ساخت رایانههای کوانتومی مقیاسپذیر و تجاری را به ثبت رساند. این دستاورد که با تمرکز بر معماری نوین تصحیح خطا حاصل شده، میتواند موانع اصلی راهِ کامپیوترهای کوانتومی کاربردی را تا حد زیادی برطرف سازد.

معماری مبتنی بر کیوبیتهای گربهای و مزایای آن شاید مهمترین نوآوری تراشه اولت، بهرهگیری از کیوبیتهای گربهای باشد. برخلاف کیوبیتهای معمولی که در دو حالت ساده قرار دارند، کیوبیتهای گربهای از برهمنهی کوانتومی با دامنه و فاز مشخص برای کدگذاری اطلاعات استفاده میکنند.

این ویژگی باعث میشود در برابر خطاهای رایج فلیپ بیت مقاومتر باشند؛ به طوری که با افزایش تعداد فوتونها در سیستم، این خطاها به صورت نمایی کاهش مییابند. این رویکرد نیاز به تعداد بسیار کمتری کیوبیت فیزیکی برای هر کیوبیت منطقی را به همراه دارد.

برآوردها حاکی از آن است که اولت میتواند منابع مورد نیاز برای تصحیح خطا را تا ۹۰ درصد کاهش دهد و در نتیجه، زمانبندی برای دستیابی به رایانههای کوانتومی کاربردی را تا پنج سال تسریع نماید. ترکیب کد تکرار و گیتهای بایاسشده نویزی معماری اولت کیوبیتهای داده گربهای را با کیوبیتهای کمکی ترانسمون و مدارهای بافر در یک چارچوب مقیاسپذیر ترکیب میکند.

در این طراحی از یک کد تکرار برای شناسایی و اصلاح خطاهای فلیپ فاز بهره گرفته شده، در حالی که گیتهای بایاسشده نویزی ( CNOT ) امکان تشخیص این خطاها را فراهم میآورند بدون اینکه از محافظت ذاتی در برابر فلیپ بیت کاسته شود. مدارهای بافر نیز نقش حیاتی در تثبیت حالتهای کیوبیتهای گربهای و کاهش نمایی خطاهای فلیپ بیت ایفا میکنند.

نتایج آزمایشی و کارایی منطقی آزمایشهای انجامشده نشان میدهد که با افزایش فاصله کد تکرار از ۳ به ۵، نرخ خطای منطقی فلیپ فاز به شدت کاهش یافته است. در معماری با فاصله ۵، نرخ کلی خطای منطقی به ۱.۶۵ درصد در هر چرخه تصحیح رسیده که رقمی کمتر از معماری فاصله ۳ است، با وجود اینکه تعداد کیوبیتهای فیزیکی کمتری مورد نیاز دارد.

این کارایی نشاندهنده برتری رویکرد آمازون در کاهش نرخ خطا پیش از افزایش تعداد کیوبیت نسبت به راهحلهای سنتی کد سطحی است که به هزاران کیوبیت فیزیکی نیاز دارند. افق آینده و برنامههای توسعه هرچند اولت در حال حاضر یک نمونه اولیه محسوب میشود، اما نتایج بهدستآمده نوید موفقیت معماری پیشنهادی آمازون را میدهد.

تیم تحقیق AWS قصد دارد در سالهای آینده با بهبود مداوم این فناوری و مقیاسدهی آن، به سمت ساخت سیستمهای کوانتومی برود که قادر به حل مسائلی باشند که اکنون فراتر از توان محاسباتی رایانههای کلاسسیک قرار دارند. این تراشه میتواند با کاهش چشمگیر هزینه و پیچیدگی سختافزاری، مسیر تجاریسازی محاسبات کوانتومی را هموارتر سازد.