حتماً اسم کامپیوتر کوانتومی رو شنیدید، همون کامپیوترهایی که میگن قراره دنیای علم و تکنولوژی رو متحول کنن. مشکل اصلی‌شون همیشه این بوده که عملیات‌هاشون خیلی «خطا» داره، یعنی هر دفعه محاسبه می‌کنن، یه احتمال وجود داره که جواب اشتباه بده. اما الان دانشمندا یه رکورد جهانی زدن که واقعاً قابل تحسینه!
بیاید اول یه توضیح کوتاه بدیم: «کوانتوم» یعنی دنیای ریزمولکول‌ها و اتم‌ها و کوبیت‌ها (Qubit). توی دنیای معمولی ما، یه کامپیوتر با بیت (۰ و ۱) کار می‌کنه، ولی توی کوانتوم، کوبیت‌ها می‌تونن همزمان هم ۰ باشن، هم ۱ یا ترکیبی از هر دو — خلاصه یکم عجیب و باحال‌ترن!
حالا همیشه این کامپیوترهای کوانتومی کلی «نویز» یا خطای ذاتی داشتن. مثلاً هر میلیون عملیات ممکنه چندبار خطا بدن، و این باعث میشه نتونی بهشون کامل اعتماد کنی. اما یه تیم از دانشمندهای دانشگاه آکسفورد تونستن نرخ خطا رو به ۰.۰۰۰۰۱۵٪ برسونن! یعنی فقط یه خطا توی هر ۶.۷ میلیون عملیات. واقعاً عدد خفنیه!
این رکورد جدید حدود ۱۰ برابر بهتر از رکورد قبلیه. رکورد قبلی هم دست همین تیم بوده—تو سال ۲۰۱۴، یکی از هر یک میلیون عملیات خطا داشت. الان یه جهش اساسی داشتن و تونستن کنترل بیشتری رو کار بدن.
این خطاها چرا مهمه؟ چون توی دنیای کوانتومی، هرچی میزان نویز پایین‌تر باشه، خروجی کامپیوتر قابل اعتمادتر و دقیق‌تر میشه. اگه نویز زیاد باشه، کلاً همه محاسبات نقش بر آب میشه و عملاً کاربردی نداره. به همین خاطر دانشمندا همش دنبال روش‌هایی هستن که error correction رو بهتر کنن. Error correction یعنی تصحیح خودکار خطاها — مثلاً مثل درست کردن املای غلط موقع نوشتن، ولی برای کامپیوتر کوانتومی!
یه نکته جالب در مورد اینمطالعه اینه که این تیم از تکنولوژی متفاوتی استفاده کردن. بیشتر کامپیوترهای کوانتومی با فوتون‌ها (ذره‌های نور) یا «کوانتوم دات»ها کار می‌کنن. اما اینا یه پلتفرم خاص ساختن که به جای فوتون و لیزر، از یونِ کلسیم-۴۳ استفاده می‌کنه. یون یعنی همون اتمی که بار الکتریکی داره!
اینا با میکروویو (همون امواج رادیویی پرانرژی، نه مایکروویو آشپزخونه!) یون‌های کلسیم رو گیر انداختن و به یه حالت خاصی به اسم «حالت اتمی ساعت» بردن. حالت اتمی ساعت یا «atomic clock state» یعنییه وضعیتی که اون یون‌ها بیشترین پایداری رو دارن و خطای خیلی کمی توشون به وجود میاد. این کار باعث شد بتونن «دروازه کوانتومی» یا گیت کوانتومی بیشتری با دقت بالا پیاده کنن. گیت کوانتومی (Quantum Gate) همون عملیه که روی کوبیت‌ها انجام میشه و پایه‌ی همه محاسبات کامپیوتر کوانتومیه.
جالب‌تر اینکه همه چیز در دمای اتاق انجام شده، یعنی احتیاجی به سرد کردن شدید و سیستم خنک کننده خاص (که توی خیلی از سیستم‌های دیگه لازمه) نداشتن. این یعنی پیاده‌سازی ساده‌تر و ادغام راحت‌تر داخل چیزایی که قرار آینده وارد زندگی ما بشن.
ولی خب داستان به اینجا تموم نمیشه. دانشمندا یه الگوریتم هوشمند درست کردن که مرتباً یون‌های گیر افتاده رو از نظر فرکانس و دامنه (Amplitude & Frequency) بررسی و تصحیح می‌کرد. چون حتی یه تغییر کوچیک توی میکروویو می‌تونه خطا بندازه توی محاسبات کوانتومی. خلاصه اینکه با این کنترل دقیق، تونستن تقریباً تمام خطاهایی که به خاطر معماری و روش‌های کنترلی بودن رو حذف کنن.
به گفته مالی اسمیت، یکی از نویسنده‌های اصلی تحقیق، حالا برای تصحیح خطا دیگه احتیاج به سخت‌افزار بزرگ و پیچیده نیست. در نتیجه، کامپیوترهای کوانتومی آینده می‌تونن کوچیک‌تر، سریع‌تر و کم‌هزینه‌تر باشن! تازه این دقت بالا به درد ساعت‌های کوانتومی و سنسورهای کوانتومی هم می‌خوره — یعنی ابزارهایی که با دقت بی‌نظیری زمان یا بعضی ویژگی‌های فیزیکی رو اندازه می‌گیرن.
یه نتیجه مهم دیگه اینه که حالا کوبیت‌ها لازم نیست فقط صرف «تصحیح خطا» بشن. چون قیمت و اندازه هر کوبیت بالاست و هر چی کمتر نیاز داشته باشی برای error correction، بیشترشون رو می‌تونی بذاری برای انجام محاسبه‌های اصلی. این یعنی هزینه کمتر، سرعت بیشتر و راندمان بالاتر!
حالا ممکنه بپرسی آیا این یعنی همه مشکلات حل شد؟ راستش نه، هنوز دو مشکل هست. اول اینکه این موفقیت فعلاً بیشتر برای «عملیات تک‌کوبیتی» (Single-Gate Operation) جواب داده—یعنی عملیات‌هایی که فقط به یه کوبیت نیاز دارن. اما توی محاسبات بزرگ و واقعی، معمولاً باید چندتا کوبیت با هم تعامل داشته باشن و اونجا هنوز نرخ خطاها بیشتره (مثلاً برای «گیت‌های دوکوبیتی» هنوز به ازای هر ۲۰۰۰ عملیات، یکی خطا اتفاق می‌افته). ضمن اینکه هرچی سیستم پیچیده‌تر میشه، نویز یا همون «سر و صدا» هم بیشتر میشه و رفعش سخت‌تر.
ولی کلاً این حرکت، یه جهش فوق‌العاده به سمت کامپیوترهای کوانتومی کارآمد و کاربردیه — یعنی کامپیوترهایی که واقعاً بتونن توی دنیای واقعی برای حل مسائل بزرگ و پیچیده به کار بیان. اگه دوست داری بدونی آینده چی میشه: شرکت IBM برنامه داره تا سال ۲۰۲۹ یه کامپیوتر کوانتومی ۱۰هزار کوبیتی بسازه (کوبیت رو یادت باشه یعنی بیت کوانتومی!) و خیلی شرکت‌های دیگه هم دارن تو این زمینه مسابقه میدن.
حواست باشه! هوش مصنوعی کوانتومی هم الان شروع به گرفتن مرزهای سوپرکامپیوترها کرده — یعنی الگوریتم‌هایی اومدن که با قدرت کوانتوم، از سریع‌ترین سوپرکامپیوترهای فعلی هم پیشی گرفتن.
خلاصه بگم: با این پیشرفت بزرگ توی کاهش خطا، دیگه رویای کامپیوترهای کوانتومی واقعی خیلی دور از دسترس نیست. هنوز راه هست، ولی داریم به نقطه‌ای نزدیک می‌شیم که این دستگاه‌ها واقعاً بتونن مشکلاتی رو حل کنن که هیچ کامپیوتر کلاسیکی از پسش برنمیاد!
منبع: +
