نوع جديد وأسرع من أجهزة الكمبيوتر الكمومية
تجعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية المتكافئة الخوارزميات المعقدة أسهل في التنفيذ.
في الكمبيوتر الكمومي، تعمل الفتات الكمومية (كيوبت) في نفس الوقت كوحدة حوسبة وذاكرة.
لا يمكن تخزين المعلومات الكمية في ذاكرة كما هو الحال في جهاز كمبيوتر تقليدي حيث لا يمكن نسخها.
بسبب هذا التقييد، يجب أن تكون وحدات البت في الكمبيوتر الكمومي قادرة على التفاعل مع بعضها البعض. لا يزال هذا يمثل عقبة كبيرة في تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية القوية.
من أجل التغلب على هذه المشكلة، اقترح الفيزيائي النظري فولفجانج ليشنر، مع فيليب هوك وبيتر زولر ، بنية جديدة لجهاز كمبيوتر كمي في عام 2015. تُعرف هذه الهندسة الآن باسم معمارية LHZ بعد المؤلفين.
يتذكر Wolfgang Lechner من قسم الفيزياء النظرية بجامعة إنسبروك بالنمسا قائلاً: “تم تصميم هذه البنية في الأصل لحل مشكلات التحسين”.
“في هذه العملية، قمنا بتقليل البنية إلى الحد الأدنى من أجل حل مشاكل التحسين هذه بأكبر قدر ممكن من الكفاءة.”
تقوم الكيوبتات الفيزيائية في هذه العمارة بترميز التنسيق النسبي بين البنات بدلاً من تمثيل الفتات الفردية.
يوضح ولفغانغ ليشنر: “هذا يعني أنه لم يعد يتعين على جميع الكيوبتات التفاعل مع بعضها البعض بعد الآن”. مع فريقه، أظهر الآن أن مفهوم التكافؤ هذا مناسب أيضًا لجهاز كمبيوتر كمومي عالمي
قاد الفريق وولفجانج ليشنر (على اليمين): كيليان إندر ، أنيت ميسينجر ، ومايكل فيلنر (من اليسار). الائتمان: Erika Bettega (ParityQC)
يتم تبسيط العمليات المعقدة
يمكن لأجهزة الكمبيوتر المتكافئة إجراء عمليات بين اثنين أو أكثر من وحدات البت على كيوبت واحد.
يوضح مايكل فيلنر من فريق Wolfgang Lechner قائلاً: “تقوم أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية بالفعل بتنفيذ مثل هذه العمليات بشكل جيد جدًا على نطاق صغير”.
“ومع ذلك، مع زيادة عدد الكيوبتات ، يصبح تنفيذ عمليات البوابة هذه أكثر تعقيدًا.”
في منشورين في مجلة Physical Review Letters و Physical Review A، أظهر علماء إنسبروك الآن أن حواسيب التكافؤ يمكنها، على سبيل المثال، إجراء تحويلات فورييه الكمومية – وهي لبنة أساسية للعديد من الخوارزميات الكمومية – بخطوات حسابية أقل بكثير وبالتالي بسرعة أكبر.
يوضح فيلنر قائلاً: “إن التوازي العالي لمعمارتنا يعني، على سبيل المثال، أن خوارزمية Shor المعروفة لتحصيل الأرقام يمكن تنفيذها بكفاءة عالية”.
تصحيح الخطأ على مرحلتين
يوفر المفهوم الجديد أيضًا تصحيحًا للأخطاء بكفاءة في الأجهزة. نظرًا لأن الأنظمة الكمومية حساسة جدًا للاضطرابات، يجب على أجهزة الكمبيوتر الكمومية تصحيح الأخطاء باستمرار.
يجب تخصيص موارد كبيرة لحماية المعلومات الكمية، مما يزيد بشكل كبير من عدد الكيوبتات المطلوبة.
يقول Anette Messinger و Kilian Ender ، وهما عضوان أيضًا في فريق إنسبروك البحثي: “يعمل نموذجنا مع تصحيح الخطأ على مرحلتين، أحد أنواع الخطأ (خطأ قلب البت أو خطأ طور) يتم منعه بواسطة الأجهزة المستخدمة”. توجد بالفعل مناهج تجريبية أولية لهذا على منصات مختلفة.
يقول Messinger و Ender: “يمكن اكتشاف النوع الآخر من الأخطاء وتصحيحه عبر البرنامج”. سيسمح ذلك بتحقيق جيل جديد من أجهزة الكمبيوتر الكمومية بجهد يمكن التحكم فيه.
تعمل الشركة المنبثقة ParityQC ، التي أسسها كل من Wolfgang Lechner و Magdalena Hauser ، بالفعل في إنسبروك مع شركاء من العلوم والصناعة على التطبيقات الممكنة للنموذج الجديد.
المصدر: scitechdaily
شاهد ايضا:
