مستقبل تصحيح الخطأ: الاستفادة من التخليط الكمي
اكتشف الباحثون أن السلوكيات العشوائية المعقدة تنشأ بشكل طبيعي حتى من أبسط الديناميكيات الفوضوية في جهاز محاكاة الكم. يقوم هذا الرسم التوضيحي بتكبير إحدى هذه المجموعات المعقدة من الحالات داخل نظام كمي سلس على ما يبدو. الائتمان: آدم شو / معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
تساعد العشوائية في آلات الكم على تأكيد دقتها.
تشهد أجهزة الكمبيوتر الكمومية والأنظمة الكمومية الأخرى انتشار المعلومات والاندفاع السريع، على غرار الطريقة التي يختلط بها النرد في لعبة تحير. يحدث هذا عندما تتشابك الوحدات الأساسية للنظام، والمعروفة باسم الكيوبتات (التي تشبه بتات الكمبيوتر الكلاسيكية ولكنها ذات طبيعة كمومية)، مع بعضها البعض. التشابك هو ظاهرة فيزياء الكم حيث ترتبط الجسيمات وتبقى مرتبطة بالرغم من أنها ليست على اتصال مباشر.
تحاكي هذه الأنظمة الكمية العمليات الطبيعية وتوفر للعلماء الفرصة لإنشاء مواد مبتكرة وفريدة من نوعها مع تطبيقات محتملة في الطب وإلكترونيات الكمبيوتر والصناعات الأخرى. على الرغم من أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية لا تزال بعيدة في المستقبل، إلا أن الباحثين يجرون حاليًا تجارب باستخدام المحاكيات الكمومية، المصممة خصيصًا لحل مشكلات معينة، مثل محاكاة الموصلات الفائقة عالية الحرارة والمواد الكمومية الأخرى بكفاءة. تتمتع هذه الآلات أيضًا بإمكانية حل مشكلات التحسين المعقدة، مثل منع الاصطدامات في توجيه المركبات المستقلة.
يتمثل أحد التحديات في استخدام هذه الآلات الكمومية في أنها معرضة جدًا للأخطاء، أكثر من أجهزة الكمبيوتر التقليدية. كما أنه من الأصعب بكثير تحديد الأخطاء في هذه الأنظمة الأحدث. يقول آدم شو، طالب دراسات عليا في الفيزياء وأحد مؤلفي دراسة في مجلة Nature حول طريقة جديدة للتحقق من دقة الأجهزة الكمومية: “بالنسبة للجزء الأكبر، ترتكب أجهزة الكمبيوتر الكمومية الكثير من الأخطاء”. “لا يمكنك فتح الجهاز والنظر إلى الداخل، وهناك قدر هائل من المعلومات المخزنة – الكثير من المعلومات التي يتعذر على الكمبيوتر الكلاسيكي حسابها والتحقق منها.”
في دراسة الطبيعة، أظهر شو والمؤلف المشارك Joonhee Choi ، وهو باحث سابق لما بعد الدكتوراه في Caltech وهو الآن أستاذًا في جامعة ستانفورد، طريقة جديدة لقياس دقة الجهاز الكمي، والمعروفة أيضًا باسم الإخلاص. يعمل كلا الباحثان في مختبر مانويل إندريس ، أستاذ الفيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وباحث روزنبرغ. مفتاح استراتيجيتهم الجديدة هو العشوائية. اكتشف العلماء وتميزوا نوعًا جديدًا من العشوائية يتعلق بالطريقة التي يتم بها خلط المعلومات في الأنظمة الكمومية. ولكن على الرغم من أن السلوك الكمي عشوائي، يمكن تحديد الأنماط الإحصائية العالمية في الضوضاء.
يقول تشوي: “نحن مهتمون بفهم أفضل لما يحدث عندما يتم خلط المعلومات”. “ومن خلال تحليل هذا السلوك بالإحصاءات، يمكننا البحث عن الانحرافات في الأنماط التي تشير إلى حدوث أخطاء.”
“نحن لا نريد نتيجة فقط من آلاتنا الكمومية؛ نريد نتيجة تم التحقق منها، “يقول إندريس. “بسبب الفوضى الكمومية، يؤدي خطأ مجهري واحد إلى نتيجة مجهرية مختلفة تمامًا، مشابهة تمامًا لتأثير الفراشة. وهذا يمكننا من اكتشاف الخطأ بكفاءة “.
أظهر الباحثون بروتوكولهم على جهاز محاكاة كمي يحتوي على ما يصل إلى 25 كيوبت. لمعرفة ما إذا كانت الأخطاء قد حدثت، قاموا بقياس سلوك النظام وصولاً إلى مستوى كيوبت واحد آلاف المرات. من خلال النظر في كيفية تطور الكيوبتات بمرور الوقت، يمكن للباحثين تحديد أنماط السلوك العشوائي على ما يبدو ثم البحث عن الانحرافات عما توقعوه. في النهاية، من خلال العثور على الأخطاء، سيعرف الباحثون كيف ومتى يصلحونها.
يقول تشوي: “يمكننا تتبع كيفية تحرك المعلومات عبر نظام بدقة كيوبت واحدة”. “السبب في قدرتنا على القيام بذلك هو أننا اكتشفنا أيضًا أن هذه العشوائية، والتي تحدث بشكل طبيعي، يتم تمثيلها على مستوى كيوبت واحد فقط. يمكنك رؤية النمط العشوائي العام في الأجزاء الفرعية من النظام “.
يقارن شو عملهم بقياس تقلب الأمواج على بحيرة. “إذا هبت رياح، ستحصل على قمم وقيعان على البحيرة، وبينما قد تبدو عشوائية، يمكن للمرء تحديد نمط العشوائية وتتبع كيفية تأثير الرياح على المياه. سنكون قادرين على معرفة ما إذا كانت الرياح تتغير من خلال تحليل كيفية تغير النمط. تتيح لنا طريقتنا الجديدة بالمثل البحث عن التغييرات في النظام الكمومي التي قد تشير إلى الأخطاء “.
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
