درهم تنیدگی گروهی بیت های کوانتومی

تحقیقات جدید در زمینه محاسبات کوانتومی رکورد جدیدی در درهم تنیدگی بیت کوانتومی (معادل ترانزیستور در محاسبات کوانتومی) را ثبت کرده است که نشان می دهد ما در مسیر درستی برای دستیابی به محاسبات کوانتومی پسا-NISQ (محاسبات کوانتومی مقیاس متوسط ​​با نویز) هستیم. این تحقیق جدید که توسط Xiao-bo Zhu از دانشگاه علم و فناوری چین انجام شده است، منجر به درهم تنیدگی 51 بیت کوانتومی شده است، که یک توانایی ضروری برای باز کردن محاسبات کوانتومی احتمالی است که به وعده جهش کمی در قابلیت پردازش بشر می دهد.

Zuchongzhi، کامپیوتر کوانتومی مورد استفاده برای دستیابی به نتایج آزمایشات، دارای 66 بیت کوانتومی ابررسانا است – همان فناوری بیت کوانتومی که توسط IBM و تعدادی دیگر از شرکت های پیشرو در زمینه محاسبات کوانتومی پشتیبانی می شود. این همان فناوری است که IBM اخیراً از طریق Eagle QPU (واحد پردازش کوانتومی) 127 بیت خود به کارایی کوانتومی دست یافت، که نشان می دهد شرکت های مختلف در حال فعالیت در فضای بیت کوانتومی ابررسانا هستند.

پس از خنک کردن بیت های ابررسانا به صفر مطلق فضای بیرونی (-273.15 درجه سانتیگراد، -459.67 درجه فارنهایت)، محققان سپس با استفاده از مایکروویو، که با میدان های مغناطیسی بیت ها تعامل می کرد، حالت بیت ها را کنترل و تنظیم کردند تا آنها را به حالت درهم تنیدگی تبدیل کنند. این امر برای این ضروری بود که بیت ها به ترتیب های خاصی (یا دروازه های منطقی) سازماندهی شوند، ساختارهای کوانتومی معادل ساخته شده از ترانزیستورها برای تشکیل هسته CPU در محاسبات استاندارد، به عنوان مثال. این به دانشمندان اجازه داد تا عملیاتی را انجام دهند که حالت بیت ها را به طور همزمان در بسیاری از جفت ها تغییر می دهد، به جای یک میدان اتصال یک به یک. این تکنیک ها به دانشمندان امکان داد تا به طور موفقیت آمیز 51 بیت کوانتومی (مرتب شده در یک خط) و 30 بیت کوانتومی با چیدمان دو بعدی را درهم ببافند که هر دو رکورد جدیدی هستند.

Charles Hill، محقق دانشگاه New South Wales در استرالیا، شاید یکی از دانشمندانی باشد که بهتر از همه می تواند به نتایج این تحقیق بپردازد. Hill در تحقیقات مشابهی نیز شرکت داشته است و هدف آن اثبات درهم تنیدگی “شبکه ای” بین 65 بیت کوانتومی بوده است.

درمفهموم درهم تنیدگی را می توان به این صورت درک کرد که بیت کوانتوم ها به گونه ای به هم می پیوندند که غیرممکن است یک بیت کوانتوم را بدون توصیف همه بیت های دیگر و چگونگی ارتباط آنها با یکدیگر توصیف کرد: این اساساً یک سیستم منحصر به فرد است، گره ای بدون هیچ گونه رشته آویزان.

Hill در اظهاراتی که به New Scientist ارائه کرد، درهم تنیدگی را اینگونه توصیف کرد: «… یکی از تفاوت های کلیدی بین رایانه های معمولی و رایانه های کوانتومی است و یکی از اجزای اصلی الگوریتم های کوانتومی است. نشان دادن تعداد زیادی از بیت های درهم تنیده سپس یک معیار مهم برای یک کامپیوتر کوانتومی است.»

در زمان انجام این تحقیق، تیم Hill موفق به اثبات این که درهم تنیدگی بین بیت های کوانتومی به عنوان یک گروه و نه فقط بین جفت های مرتبط گسترش یافته است، نشد. همان مشکلی که Zhu با QPU Zuchongzhi با آن مواجه شد.

این اتفاق نسبتاً مکرر است که ما ابزارهای جدیدی یا روش های جدیدی برای نگاه کردن به اشیا یا تعامل بین اشیا ایجاد می کنیم. در این مورد، ممکن است مشکلی که Hill با آزمایش درهم تنیدگی 65 بیت خود داشت، ارتباطی با درهم تنیدگی خود نداشته باشد؛ فقط این که شاید تکنیک های موجود برای تأیید نتایج او نتوانستند پاسخ قانع کننده ای ارائه دهند. تیم Zhu مجبور شد پروتکل جدیدی برای تشخیص را توسعه دهد تا درهم تنیدگی گروهی را تأیید کند، چیزی که مطمئناً توسط جامعه محاسبات کوانتومی به طور کامل مورد بررسی قرار خواهد گرفت. هر روز نیست که وعده درهم تنیدگی صدها بیت ظهور کند.

یکی از فرصت های تحقیقاتی میانی که دانشمندان کوانتومی دنبال می کنند، درهم تنیدگی گروهی بیت های کوانتومی است. این کار از طریق تلاش برای افزایش وفاداری محاسباتی از طریق کاهش خطا و شاید تصحیح خطا کوانتومی، تا یافتن راه های خلاقانه برای پیش بینی اینکه چگونه نویز بیت های شما را نابود می کند و اساساً اثرات آن را خنثی می کند، انجام می شود.

انتظار می رود که 51 بیت درهم تنیده به ما اجازه ندهد تا از سد مزیت کوانتومی عبور کنیم – حداقل تا زمانی که مقیاس بندی کمی بیشتر زمان برای انجام کار خود داشته باشد. اما با این که IBM اخیراً به ما نشان داده است که می توان از رایانه های کوانتومی عصر کنونی بهره برداری کرد، اینطور نیست که 51 بیت درهم تنیده پاسخی را باز کند که ممکن است هنوز سوال آن را ندانسته باشیم.

درهم تنیدگی گروهی بیت های کوانتومی یک پیشرفت مهم در محاسبات کوانتومی است، اما هنوز هم راه زیادی در پیش داریم تا به مزیت کوانتومی دست یابیم. با این حال، تحقیقات در این زمینه در حال پیشرفت است و ممکن است در آینده نزدیک به نتایج چشمگیری دست یابیم.

برای مشاهده تمامی مقالات کلیک کنید.