معالج كمي ينتقل من الفوضى إلى النظام بفضل فحوص الأخطاء المتكررة
أظهر باحثون في الولايات المتحدة، على معالج IBM Quantum Heron ذي 156 كيوبت، أن الفحوص وعمليات إعادة الضبط المتكررة قادرة على إخضاع الفوضى للسيطرة، وهي آلية لازمة للحواسيب الكمية المتحمّلة للأعطال. وتُظهر الدراسة، المنشورة في Nature Physics، جزئيًا كيف يمكن أن يعمل تصحيح الأخطاء في الوقت الفعلي. ويعني تحمّل الأعطال رصد الأخطاء وإصلاحها بينما لا يزال الحاسوب ينفّذ حساباته.
لماذا يهم تصحيح الأخطاء
الحواسيب الكمية اليوم نماذج أولية صغيرة ومحدودة. والكيوبتات، وهي الوحدات الأساسية للحواسيب الكمية، يمكن أن تكون 1 أو 0 أو أي قيمة بينهما (تراكب) إلى أن يتم قياسها. ومن هنا يأتي المكسب الأُسّي في القدرة الحسابية. لكن الكيوبتات أيضًا شديدة الحساسية ويسهل أن تضطرب بفعل الحرارة أو الحركة، ولهذا فإن تصحيح الأخطاء بالغ الأهمية.
يقول الفيزيائي جيديديا بيكسلي من جامعة روتجرز: «لبناء حاسوب كمي متحمّل للأعطال، علينا إجراء هذه الفحوص والتصحيحات لا مرة أو مرتين فحسب، بل عددًا هائلًا من المرات خلال الحساب. هذه التجربة محطة فارقة على هذا الطريق».
الخلط مقابل التحكم
استخدم الفريق نظامًا من مرحلتين صُمّم لإدخال الفوضى ثم تصحيحها. فقد ربطوا ما يصل إلى 100 كيوبت في آن واحد، وأعدّوا مهمتين متناوبتين: الخلط (scrambling) الذي ينشر الفوضى في النظام، والتحكم الذي يعيد ضبط الكيوبتات عند الحاجة.
تقول الفيزيائية مايكا تاكيتا من IBM: «لم يكن التحدي مجرد قياس كيوبت، بل القيام بذلك مرارًا بينما يواصل بقية المعالج عمله. تُظهر هذه التجربة أن العتاد الحالي قادر على تنسيق العمليات الكمية والقياسات وعمليات إعادة الضبط آلاف المرات عبر نظام كبير».
نقطة تحوّل حادة
غيّر الباحثون التوازن بين الخلط وإعادة الضبط. وعبر ما يقارب 5000 عملية على الكيوبتات وما يقرب من 5000 فحص وإعادة ضبط، عاد النظام عندما شكّلت الفحوص وعمليات إعادة الضبط أكثر من نصف العمليات إجمالًا. ومع إضافة المزيد من الكيوبتات، أصبحت نقطة التحوّل أوضح في البيانات، وهو دليل على انتقال طوري كمي حقيقي، كما يتحول الماء إلى جليد بصورة موحّدة.
يقول هاينينغ بان من جامعة فلوريدا: «أظهر التوافق بين التجربة والنظرية أن هذه لم تكن سمة عرضية لدارة صغيرة، بل سلوكًا جماعيًا ينشأ عبر النظام الكمي». ويضيف جاستن ويلسون من جامعة ولاية لويزيانا: «لم يكن واضحًا أن هذا الانتقال بين الفوضى والتحكم سيصمد في الفيزياء الكمية، لكن نتائجنا تبيّن أنه يصمد».
ويشير المؤلفون إلى أن مخطط الفحص وإعادة الضبط سيحتاج إلى توسيع بقواعد أكثر تعقيدًا ليكون مفيدًا في الحوسبة الكمية الفعلية. أما الآن فهو يعمل كاختبار إجهاد لحلقات التغذية الراجعة التي تُبقي الأنظمة الكمية تعمل بانتظام. المزيد في قسم التكنولوجيا.