فیزیکدان‌ها معماری جدیدی را با نام LHZ توسعه داده‌اند که احتمالاً پایه‌گذار نسل بعدی رایانه‌های کوانتومی خواهد بود. با ما همراه باشید.
هنوز قدرت محاسباتی رایانه‌های کوانتومی بسیار پایین است و افزایش آن نیز چالشی بزرگ محسوب می‌شود. به همین خاطر، فیزیکدانان مترصد طراحی معماری جدیدی برای رایانه کوانتومی جهانی هستند که بر چنین محدودیت‌هایی غلبه کرده و بتواند به زودی پایه و اساس نسل بعدی رایانه‌های کوانتومی باشد.
بیشتر بخوانید: انسان در آستانه ورود به اتوماسیون؛ آینده کار چنین چشم‌اندازی دارد!
نسل بعدی رایانه‌های کوانتومی در راه است
بیت‌های کوانتومی (کیوبیت) در رایانه کوانتومی هم واحد محاسباتی هستند و هم واحد حافظه؛ از آنجایی که اطلاعات کوانتومی قابلیت کپی‌برداری ندارند، نمی‌توان دادههای آن را مانند کامپیوتری کلاسیک در حافظه ذخیره کرد. با توجه به این محدودیت، تمام کیوبیت‌های کامپیوتر کوانتومی باید بتوانند با یکدیگر تعامل داشته باشند. خوب چنین چیزی چالشی بزرگ را برای ساخت رایانه‌های کوانتومی قدرتمند ایجاد می‌کند.
حوالی سال 2015، فیزیکدان نظری ولفگانگ لچنر، همراه با فیلیپ هاوک و پیتر زولر، به این مشکل پرداخته و معماری جدیدی برای یک کامپیوتر کوانتومی پیشنهاد کردند که اکنون معماری ال‌اچ‌زی (LHZ) با سرنام همین نویسندگان نامگذاری شده است.
ولفگانگ لچنر از گروه فیزیک نظری در دانشگاه اینسبروک اتریش گفت:
«این معماری در ابتدا برای مسائل بهینه سازی طراحی شده بود».
«در این فرآیند، ما پیچیدگی معماری را به حداقل ممکن کاهش دادیم تا این مشکلات بهینه‌سازی را حتّی المقدور رفع کنیم؛ در این معماری، کیوبیت‌های فیزیکی بیت‌های مجزا را نشان نمی‌دهند بلکه شبکه‌های درهم‌تنیده بین بیت‌ها را رمزگذاری می‌کنند.»
ولفگانگ لچنر ادامه می‌دهد:
«این بدان معناست که دیگر همه کیوبیت‌ها مجبور نیستند در تعامل با یکدیگر باشند.»
لچنر و گروهش نشان داده‌اند که این کانسپتِ توازنِ کیوبیت‌ها می‌تواند برای کامپیوتر کوانتومی جهانی مناسب باشد.
عملیات پیچیده‌ای که ساده شده است!
رایانه‌هایی با کیوبیت توازنی می‌توانند عملیات بین دو یا چند کیوبیت را روی یک کیوبیت انجام دهند. مایکل فلنر از تیم ولفگانگ لچنر شرح می‌دهد:
«رایانه‌هایِ کوانتومیِ حال حاضر، چنین عملیاتی را در مقیاس کوچک به خوبی اجرا می‌کنند، امّا، با افزایش تعداد کیوبیت‌ها، معضل آغاز شده و اجرای این دروازه‌‌های کوانتومی (گیت کوانتومی) پیچیده و پیچیده‌تر می‌شود.»
بگذارید شرح مختصری برای کیوبیت توازنی بدهیم: به طور عام، از آنجا که انتقال داده عاری از خطا نیست، پس در طول انتقال دادههای دریافت شده هم عین به عین با دادههای فرستاده شده همسان نیستند. بنابراین یک بیت به عنوان بیت افزونه یا توازن (Parity) به همراه داده‌ها ارسال می شود تا مشخص شود که داده به درستی منتقل شده است یا خیر.
دو پژوهشی که در Physical Review Letters و Physical Review A منتشر شده نشان می‌دهد که رایانه‌های متوازن می‌توانند برای نمونه، تبدیل‌های فوریه کوانتومی – بلوک‌های کیوبیتی بنیادی بسیاری از الگوریتم‌های کوانتومی – را با مراحل محاسباتی بسیار کمتر و در نتیجه سریع‌تر انجام دهند.
فلنر توضیح می‌دهد:
«موازی بودن معماری ما به این معنی است که برای نمونه، الگوریتم معروف Shor برای فاکتورگیری اعداد می‌تواند بسیار کارآمدتر اجرا شود.»
الگوریتم شُر، الگوریتمی کوانتومی، برای تجزیه عددها به عوامل درجه اولِ زمانی در چندجمله‌ای (Polynomial time) است. نام این الگوریتم که در سال ۱۹۹۴ فرمول‌بندی شد، به افتخار پیتر شر نامگذاری شده است.
تصحیح خطای دو مرحله‌ای در نسل بعدی رایانه‌های کوانتومی
هم‌چنین این مفهوم جدید، تصحیح خطای سخت افزاری کارآمدتری را ارائه می‌دهد. از آنجایی که سامانه‌های کوانتومی به اختلالات بسیار حساس هستند، رایانه‌های کامپیوتری نیز باید به طور مداوم به تصحیح خطا بپردازند، بنابراین منابع قابل توجهی هم باید به حفاظت از دادههای کوانتومی اختصاص داده شود که تعداد کیوبیت‌های مورد نیاز را تا حد زیادی افزایش می‌دهد. در همین باره انت مسینجر (Anette Messinger) و کیلیان اندر (Kilian Ender) می‌گویند:
«مدل ما با تصحیح خطای دو مرحله‌ای کار می‌کند، یعنی نوع اول خطا را (خطای چرخش بیت یا خطای فاز) توسط سخت‌افزار مورد استفاده تصحیح کرده و برای نائل آمدن به این کار، رویکردهای آزمایشی اولیه‌ای را در بسترهای گوناگون آزمایش می‌کنیم».
مسینجر و اندر افزودند: «نوع دیگر خطا را می توان از طریق نرم افزار شناسایی و اصلاح کرد.»
این امر، تلاش برای مدیریت منابع، به نسل بعدی کامپیوترهای کوانتومی جهانی اجازه می‌دهد تا تحقق بیابند. شرکت اسپین آف رایانه‌های توازنی کوانتومی، که توسط ولفگانگ لچنر و ماگدالنا هاوزر تأسیس شده است، در حال حاضر در اینسبروک با شرکای علم و صنعت بر روی اجرای احتمالی مدل جدید کار می‌کند.
بیشتر بخوانید:
- قدرت پردازشی ریزتراشه‌های تسلا تا 10 سال آینده از مغز انسان پیشی می‌گیرد
- یخچال جدید ال جی با قابلیت تغییر رنگ مناسب هر نوع دکوراسیونی است!
- جاکفشی‌های هوشمند ال جی ؛ بهترین روش مراقبت از کفش!
دیدگاه شما دربارهٔ نسل بعدی رایانه‌های کوانتومی چیست؟ نظرات خود را در بخش کامنت‌ها با تکراتو در میان بگذارید و اخبار تکنولوژی را با ما دنبال کنید.
