معماری پردازنده‌ای با الگویی از کیوبیت‌ها
مجله علمی ایلیاد - گروهی از دانشمندان در دانشگاه ییل آمریکا، به صورت آزمایشی یکی از راه‌های کلیدی در طراحی معماری برای کامپیوترهای کوانتومی را نشان دادند که عبارت است از «دورترارسانی» یک گیت کوانتومی میان دو کیوبیت منطقی. کامپیوتر کوانتومی، توانایی حل مسائلی را که کامپیوترهای کلاسیک از حل آن‌ها عاجز هستند، دارد. با این وجود، ساخت پردازشگری کوانتومی بزرگ مقیاس، چالش‌های بسیاری را به همراه دارد؛ بالاخص به دلیل خطاها و نویزهایی که در سیستم‌های کوانتومی دنیای واقعی وجود دارند. یکی از رویکردهای پیشنهادی برای فائق آمدن بر این چالش، استفاده از حالت پیمانه‌ای است؛ راهبردی که به‌طور متداول در طبیعت و مهندسی برای قدرتمندتر کردن سیستم‌های پیچیده، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از کاربردهای محاسبات کوانتومی، می‌توان به محاسبات موازی، تجزیه اعداد، مرتب‌سازی و شبیه‌سازی کوانتومی اشاره کرد. اساس منابع اطلاعات در محاسبات کوانتومی، کیوبیت است که از بیت کوانتومی مشتق شده است. برای انجام عملیات روی کیوبیت‌ها، به گیت‌های کوانتومی نیاز داریم. اساساً، گیت‌های کوانتومی تکامل حالت‌های کوانتومی هستند که هیچ گنجایش خروجی و بازخوردی ندارند و طراحی مدارهای کوانتومی نیاز به گیت‌های منطقی برگشت‌پذیر دارد. در نتیجه، گیت‌ها و مدارهای کوانتومی به‌عنوان چالش مهمی برای پیشرفت کامپیوترهای کوانتومی مطرح هستند.
رهبران گروه تحقیق، پروفسور «رابرت شولپکوف» و دکتر «کِوین چو» به همراه همکاران‌شان این چنین توضیح می‌دهند: «معماری پیمانه‌ای کوانتومی از مجموعه‌ای از ماژول‌ها تشکیل شده که به‌عنوان پردازنده‌های کوانتومی کوچک عمل می‌کنند و به شبکه‌ی بزرگتری وصل شده‌اند. در این معماری، ماژول‌ها تفکیکی طبیعی نسبت به همدیگر دارند که باعث کاهش برهم‌کنش‌های ناخواسته می‌شود. البته این تفکیک باعث می‌شود عملیات میان ماژول‌ها به چالشی متفاوت تبدیل گردد. گِیت‌های ترارسانی‌شده راهی برای انجام عملیات بین ماژولی هستند.»
ساخت معماری پیمانه‌ای و گیت‌های ترارسانی‌شده با این مراحل همراه است؛ دورنمای شبکه‌ای از معماری کوانتومی پیمانه‌ای؛ ماژول‌ها به عنوان گره‌های یک شبکه کوانتومی هستند و از کیوبیت‌های داده‌ای و کیوبیت‌های ارتباطی تشکیل یافته‌اند؛ جفت شدگی میان ماژول‌ها با کانال‌های ارتباطی شکل‌پذیر صورت می‌گیرد که امکان فعال‌سازی و غیرفعال‌سازی آن‌ها وجود دارد؛ ماژول‌های کوانتومی؛ هر ماژول جایگاه یک پردازنده‌ی کوانتومی کوچک است که می‌تواند عملیات بزرگی در میان کیوبیت‌های داده‌ای و کیوبیت‌های ارتباطی ترتیب دهد. در آزمایش، چو و همکارانش دو ماژول می‌سازند که هر کدام از آن‌ها از یک کیوبیت داده و یک کیوبیت ارتباطی تشکیل یافته است.
پروفسور رابرت شولپکوف و دکتر کِوین چو به همراه همکاران‌شان با استفاده از یک پروتکل نظری طراحی‌شده در دهه‌ی ۱۹۹۰ میلادی توانستند نوعی عملیات کوانتومی یا گِیت عرضه کنند؛ بدون اینکه به هیچ برهم‌کنش مستقیمی نیاز داشته باشند.
دکتر چو گفت: «در کارهای ما این اولین‌بار است که پروتکل مذکور به طوری ارائه شده که ارتباط کلاسیک در زمان واقعی روی می‌دهد؛ این به ما اجازه می‌دهد تا یک عملیات جبری اجرا کنیم. محاسبات کوانتومی از طریق کیوبیت‌ها انجام می‌شوند که البته در معرض خطا هستند. در سیستم‌های کوانتومی آزمایشی، کیوبیت‌های منطقی با کیوبیت‌های کمکی مورد بازبینی قرار می‌گیرند تا خطاها را شناسایی کرده و بلافاصله تصحیح کنند. همچنین آزمایش ما برای اولین‌بار عملیات دو کیوبیتی میان کیوبیت‌های منطقی را به نمایش می‌گذارد. انتظار می‌رود یافته‌هایی از این قبیل بتواند در توسعه‌ی پردازش اطلاعات کوانتومی با استفاده از کیوبیت‌های پیشرفته، نقش موثری ایفا کند.»
نتایج گروه تحقیق در مجله‌ی Nature منتشر شده است.
نوشته: SciNews
ترجمه: منصور نقی‌لو - مجله علمی ایلیاد
ترجمه: منصور نقی‌لو - مجله علمی ایلیاد