معجزه جدید گوگل در حوزه کوانتوم؛ شکست خطاهای محاسباتی با رونمایی از تکنیک پرورش حالت‌های جادویی

محاسبات کوانتومی سال‌هاست که با یک مانع بزرگ و به‌ظاهر شکست‌ناپذیر مواجه بوده است: «نویز و خطاهای محاسباتی فرساینده». حالا پژوهشگران بخش هوش مصنوعی کوانتومی شرکت گوگل با رونمایی از یک نوآوری الگوریتمی روی پردازنده پیشرفته Willow، تحولی تاریخی ایجاد کرده‌اند. دانشمندان با به‌کارگیری تکنیکی موسوم به «پرورش حالت جادویی» (Magic State Cultivation) موفق شده‌اند میزان خطاهای پردازشی را تا ۴۰ برابر نسبت به روش‌های سنتی کاهش دهند؛ دستاوردی عظیم که مقاله آن در مجله معتبر scientific Science به چاپ رسیده است.

این تکنیک عملکردی شبیه به یک پالایشگاه فوق دقیق دارد؛ به طوری که ابتدا یک حالت کوانتومیِ دارای نویز وارد بخش مشخصی از تراشه می‌شود و سپس طی سلسله اندازه‌گیری‌های پیچیده، خطاهای موجود شناسایی و تلاش‌های ناموفق کاملاً حذف می‌شوند. خروجی این چرخه، یک حالت کوانتومی دست‌نخورده، خالص و با پایداری بالاست که بستر مناسبی را برای رمزگذاری‌های بزرگ‌تر فراهم می‌کند.

فتح قله دقت ۹۹.۹۹ درصد؛ حذف گلوگاه ۲۲ ساله صنعت کوانتوم

از سال ۱۳۸۳ (۲۰۰۴ میلادی)، دانشمندان متوجه شده بودند که اجرای برنامه‌های کاربردی و واقعی روی رایانه‌های کوانتومی به ساخت حالت‌هایی وابسته است که فرارفتن از مرزهای محاسبات کلاسیک را ممکن می‌سازند. با این حال، تولید این حالت‌ها به قدری پرهزینه بود که طبق برآوردها، تا ۹۵ درصد از کل ظرفیت و منابع سخت‌افزاری پردازنده را به خود اختصاص می‌داد و عملکاردهای عملیاتی را فلج می‌کرد.

تیم تحقیقاتی گوگل با استفاده از این دستاورد توانسته «حالت‌های T» — که کلید اصلی محاسبات کوانتومیِ مقاوم در برابر خطا هستند — را با دقت منطقی بی‌نظیر ۹۹.۹۹ درصد روی چیپ کوانتومی Willow ثبت کند. این رکورد شگفت‌انگیز نشان می‌دهد که می‌توان بدون اشغال تمام زیرساخت‌ها، به دقت‌های بالا دست یافت.

کاهش چشمگیر منابع و مسیر پیش‌روی تجارت کوانتومی

مزیت اصلی این روش، کاهش شدید تعداد کیوبیت‌های فیزیکی مورد نیاز برای اصلاح خطاست. با مهار این اشغال منابع، فضای پردازشی بسیار بیشتری برای اجرای الگوریتم‌های پیچیده و واقعی آزاد می‌شود.

البته غول فناوری دنیا تأکید دارد که تجاری‌سازی کامل این دستاورد و استفاده عملی از آن در مقیاس‌های بسیار بزرگ‌تر، مستلزم طی کردن مراحل آزمایشگاهی و برطرف کردن چالش‌های مهندسیِ باقی‌مانده است. با این وجود، تثبیت این استاندارد جدید در اندازه‌گیری کوانتومی، نقطه عطفی بی‌سابقه در تجاری‌سازی ابررایانه‌های کوانتومی به شمار می‌رود.