حتماً تا حالا کلی از اون داستان‌های پیچیده درباره کامپیوترهای کوانتومی شنیدی و اینکه چقدر همه منتظرن این فناوری‌ها دنیارو متحول کنه. ولی همیشه یه مشکل خیلی بزرگ داشتن: اسکل کردن یا همون بزرگ‌تر کردنِ سیستم‌ها. بخوام راحت توضیح بدم، بزرگ‌تر کردن یعنی اینکه بتونیم اطلاعات بیشتری رو به راحتی با این چیپ‌ها مدیریت کنیم، بدون اینکه همه چیز خراب شه یا کلی خطا وارد سیستم بشه.
ولی الان یه تیم تحقیقاتی از دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، نتایج جالبی گرفتن که ممکنه داستان رو تغییر بده. این تیم نشون دادن (با شبیه‌سازی البته) که اگه چندتا چیپ کوانتومی کوچیک رو با هم وصل کنیم، حتی وقتی اتصال‌ها پر از نویز و اشکال باشه، باز هم میشه یه سیستم بزرگ ساخت که درست کار کنه. نویز هم یعنی همون اختلال و خرابکاری که معمولاً بین چیپ‌ها پیش میاد، مخصوصاً اگه تو یخچال‌های فوق‌سرد جداگونه باشن.
محمد شلبی، نویسنده اصلی مقاله، میگه: «ما دنبال اختراع یه چیپ جدید نبودیم! فقط ثابت کردیم همین چیپ‌ّایی که داریم رو هم میشه بدون نیاز به اتصال بی‌نقص، به هم وصل کرد و یه سیستم بزرگ و قابل اطمینان ساخت. این نشون میده که باید جور دیگه‌ای به ساخت سیستم‌های کوانتومی نگاه کنیم.»
این یعنی دیگه لازم نیست سال‌ها صبر کنیم تا سخت‌افزارها کاملاً بی‌نقص بشن. اگه هریک از چیپ‌ها درست و با دقت کار کنن، ارتباط بینشون می‌تونه یه مقدار نویز داشته باشه و همچنان بشه یه سیستم مقاوم در برابر خطا ساخت. منظور از Fault Tolerance هم همینه: سیستمی که خودش می‌تونه خطاها رو تشخیص بده و اصلاح کنه. به این سیستم‌ها میگن Fault-Tolerant که یعنی «مقاوم در برابر خطا».
تا الان همه دنبال زیاد کردن تعداد کیوبیت (Qubit) بودن. کیوبیت همون واحد اطلاعات در کامپیوتر کوانتومیه؛ یه چیزی شبیه بیت در کامپیوترهای عادی؛ فقط خیلی پیشرفته‌تر چون می‌تونه همزمان حالت‌های مختلفی داشته باشه. ولی مشکل اینجاس که هر کیوبیت واقعی (که بهش میگن Physical Qubit)، خودش چون خطای بالا داره، باید چند صد یا حتی هزار تا از اینا رو بذارن کنار هم تا تبدیل شه به یه کیوبیت منطقی (Logical Qubit) که قابل اطمینان باشه و بتونه تو برنامه‌نویسی‌ها استفاده بشه.
یکی از تکنیک‌های توپ برای این کار، Surface Code هست. اینم اگه ساده بگم یعنی یه الگوریتم خاص که چیپ، خودش می‌فهمه کجا اشتباهی پیش اومده و تو ساختارش اون اشتباه رو درست می‌کنه. تیم شلبی تو این تحقیقشون هزاران مدل مختلف رو با این روش شبیه‌سازی کردن تا ببینن این ایده واقعاً جواب میده یا نه.
یه نکته جالب این بود: حتی اگه اتصال بین چیپ‌ها تا ۱۰ برابر پرنویزتر از کارکرد داخلی خود چیپ‌ها باشه، باز هم سیستم می‌تونه خطاهاش رو تشخیص بده و خوب کار کنه! پس دیگه فقط به تعداد کیوبیت نباید دل خوش کنیم، بلکه باید رو مقاوم بودن سیستم کار کنیم.
خلاصه نتیجه اینه که با همین سخت‌افزارهای نه‌چندان بی‌نقص امروزی، میشه سیستم‌های کوانتومی بزرگ و قابل اطمینان ساخت. یعنی شاید خیلی زودتر از چیزی که فکرشو می‌کردیم، کامپیوترهای کوانتومی حسابی کاربردی و قابل استفاده بشن.
این پروژه البته فقط مربوط به یه دانشگاه نبود؛ از دستاوردهای قبلی MIT هم الهام گرفتن و حتی از ابزارهای گوگل Quantum AI (یعنی همون هوش مصنوعی مخصوص کاربردهای کوانتومی گوگل) هم استفاده کردن. حمایت مالی از طرف بنیاد ملی علوم آمریکا انجام شد و تیم‌های آلمانی هم تو کار بودن.
در نهایت نتایج این تحقیق مهم رو تو مجله Physical Review A چاپ کردن که یکی از ژورنال‌های معتبر تو حوزه فیزیکه.
منبع: +
