ثبت رکورد جهانی دقت در محاسبات کوانتومی با کیوبیت‌های الماسی

پژوهشگران با استفاده از کیوبیت‌های چرخشی الماس، رکورد جهانی کمترین میزان خطا را در محاسبات کوانتومی ثبت کردند‌.

به گزارش اینترستینگ اینجیرینگ، تیمی از پژوهشگران شرکت ژاپنی فوجیتسو و مؤسسه QuTech در دانشگاه صنعتی دلفت هلند موفق شدند مجموعه‌ای از گیت‌های کوانتومی را با استفاده از کیوبیت‌های چرخشی الماس طراحی کنند که میزان خطای آنها کمتر از ۰.۱ درصد است. این دستاورد گامی مهم در جهت توسعه رایانه‌های کوانتومی دقیق‌تر محسوب می‌شود.

نقش گیت‌های کوانتومی در رایانش کوانتومی

رایانه‌های کوانتومی به‌عنوان نسل آینده‌ی پردازش محاسباتی معرفی می‌شوند که می‌توانند در زمانی کوتاه مسائلی را حل کنند که برای سریع‌ترین ابررایانه‌های امروزی دهه‌ها زمان می‌برد. این رایانه‌ها با استفاده از حالت‌های کوانتومی مواد، عملیات محاسباتی را از طریق گیت‌های کوانتومی پردازش می‌کنند. دقت این گیت‌ها تعیین‌کننده دقت کلی محاسبات انجام‌شده در یک رایانه‌ی کوانتومی است. به همین دلیل، پژوهشگران در تلاش‌اند میزان خطای این گیت‌ها را کاهش دهند تا فرآیند تصحیح خطا در آینده با کارایی بیشتری انجام شود.

کیوبیت‌های چرخشی الماس چیست؟

چرخش‌های (اسپین‌های) موجود در ساختار کریستالی الماس می‌توانند برای ذخیره‌ی داده‌های کوانتومی مورد استفاده قرار گیرند. در این ساختار، دو نوع اسپین الکترونی و هسته‌ای وجود دارد که به دلیل نقص‌های خاص در مراکز رنگی الماس ایجاد می‌شوند. این ویژگی باعث می‌شود کیوبیت‌های چرخشی الماس توانایی حفظ حالت‌های کوانتومی را برای مدت طولانی داشته باشند و به گزینه‌ای مناسب برای محاسبات کوانتومی دقیق تبدیل شوند.

برخلاف کیوبیت‌های ابررسانا که تنها در دما‌های نزدیک به صفر مطلق کار می‌کنند، کیوبیت‌های چرخشی الماس می‌توانند در دما‌های بسیار بالاتر، تا ۱۰ کلوین، عملکرد داشته باشند. علاوه بر این، این کیوبیت‌ها می‌توانند به‌راحتی به فوتون‌ها (ذرات نور) متصل شوند و اطلاعات کوانتومی را بدون تأثیرپذیری از نویز محیطی منتقل کنند که آنها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای ایجاد شبکه‌های کوانتومی تبدیل می‌کند.

ثبت کمترین میزان خطا در محاسبات کوانتومی

پژوهشگران با همکاری شرکت Element Six، که در تولید الماس‌های مصنوعی تخصص دارد، موفق به ساخت الماس‌هایی با غلظت پایین ایزوتوپ کربن-۱۳ شدند. آنها در این ساختار، یک سیستم دوکیوبیتی ایجاد کردند که شامل اسپین الکترونی و اسپین هسته‌ای الماس بود.

در این سیستم، هر نوع گیت کوانتومی میزان خطایی کمتر از ۰.۱ درصد داشت و در برخی موارد این میزان به ۰.۰۰۱ درصد نیز کاهش یافت. پژوهشگران با استفاده از روشی به نام توموگرافی مجموعه گیت‌ها، خطای گیت‌ها و میزان قدرت پالس‌ها را تحلیل کرده و سپس آنها را بهینه‌سازی کردند. برای سنجش دقت این گیت‌ها، آنها را در یک الگوریتم مصنوعی با ۸۰۰ عملیات متوالی آزمایش کردند و نتایج نشان داد که سیستم کوانتومی به میزان بالایی دقیق و پایدار است.

پژوهشگران قصد دارند در آینده تعداد اسپین‌های هسته‌ای در این سیستم را افزایش دهند و با توسعه‌ی اتصالات نوری، تعداد کیوبیت‌های قابل مدیریت را گسترش دهند.

نتایج این پژوهش در ژورنال Physical Review Applied منتشر شده است.

انتهای پیام/