الولايات المتحدة: قام فريق John Hopkins APL بنمذجة الضوضاء الكمومية لبناء أجهزة كمبيوتر متسامحة مع الأخطاء
تعاون الباحثون في مختبر جون هوبكنز للفيزياء التطبيقية (APL) مع نظرائهم في جامعة جون هوبكنز لتطوير إطار شامل لنمذجة الضوضاء الكمومية للمعالجات الكمومية فائقة التوصيل. ومن المتوقع أن يساعد ذلك في تطوير استراتيجيات أفضل لتصحيح الأخطاء مما يؤدي إلى أجهزة كمبيوتر كمومية متسامحة مع الأخطاء في المستقبل. الحوسبة الكمومية هي القفزة الكبيرة التالية في مجال الحوسبة التي يحرص الباحثون على تطويرها بفضل سرعاتها الحسابية السريعة بشكل كبير. حتى أسرع أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم تفشل بشكل كبير عند مقارنتها بجهاز كمبيوتر كمي يحتوي على بضع مئات من الكيوبتات فقط. ومع ذلك، لا يتم نشر أجهزة الكمبيوتر الكمومية لحل مشاكل العالم الحقيقي. والسبب هو تراكم الأخطاء في الحساب الكمي. البتات الكمومية أو الكيوبتات معرضة بشكل طبيعي للضوضاء، حيث يمكن أن يؤدي التغير في درجة الحرارة أو المجال الكهربائي أو المغناطيسي إلى تراكم الأخطاء، مما يدفع إلى الحاجة إلى بناء آليات قوية لتصحيح الأخطاء. نمذجة الضوضاء في أجهزة الكمبيوتر الكمومية قرر فريق بحث بقيادة جريجوري كيروز، عالم الفيزياء في APL، دراسة الضوضاء الكمومية في بيئات التشغيل الحقيقية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية متعددة الكيوبت. لذلك، تمكنوا من الوصول إلى سحابة كمومية تتكون من 39 كيوبت عبر سبعة أجهزة فائقة التوصيل. كان الباحثون حريصين على دراسة الترانسمونتس، وهو نوع محدد من الكيوبت فائق التوصيل والمعروف بحساسيته المنخفضة للضوضاء الصادرة عن المجالات الكهربائية. كما شكل العمل مع نظام قائم على السحابة تحديًا آخر نظرًا لأن الباحثين لم يكن لديهم إمكانية الوصول على مستوى منخفض إلى الأجهزة. ومع ذلك، أشار كيروز إلى أن التحدي كان يشبه إلى حد كبير محاكاة العالم الحقيقي، حيث لا يتمتع المستخدمون بإمكانية الوصول على مستوى منخفض إلى الأجهزة في الأنظمة الاحتكارية أيضًا. بدلًا من محاولة دراسة تأثيرات الضوضاء على عملية واحدة بالتفصيل، أجرى الباحثون حسابات متكررة على السحابة الكمومية لتراكم الأخطاء. ومن خلال النظر في كيفية تراكم الأخطاء ومدى انحراف الإجابات عن تلك المتوقعة، تمكن الباحثون من الحصول على رؤى قيمة حول كيفية عمل النظام المادي. بناء نموذج شامل لقد نجحت محاولات دراسة الأخطاء في الحساب الكمي تقليديًا مع نوع واحد فقط من الأخطاء، إما متماسك أو غير متماسك. والأخيرة عبارة عن أخطاء يتم فيها فقدان المعلومات المخزنة على الكيوبتات ولا يمكن فعل الكثير حيالها. ومع ذلك، فإن المشكلات المتماسكة تنتج عن عيوب في الأجهزة وبالتالي فهي قابلة للإصلاح. ومن المثير للاهتمام أن نهج APL في العمل مع السحابة الكمومية سمح لهم بدراسة الأخطاء غير المتماسكة وغير المتماسكة في نفس الإطار. وأضاف ياسو أودا، باحث ما بعد الدكتوراه، الذي عمل مع كيروز في النموذج: “لقد تمكنا من جمع مجموعة واسعة من الأخطاء معًا في نموذج واحد، وهو بسيط من حيث المعلمات ولكنه شامل أيضًا في أنواع الظواهر التي يمكن أن يصفها، حتى أنه يتنبأ بأداء خوارزميات الكم الصغيرة. وهذه هي أكبر مساهمتنا”. وقال كيروز في بيان صحفي: “الآن بعد أن أصبح لدينا هذا النموذج منخفض الضوضاء، لدينا الفرصة لتطبيقه على جميع مستويات الحوسبة الكمومية، من تصميم الأجهزة إلى تصميم الخوارزمية إلى تصحيح الأخطاء”. “المعلومات التي يمكننا الحصول عليها من النموذج يمكن أن تبلغ كل مستوى من مستويات الحوسبة الكمومية.” ونشرت نتائج البحث في مجلة PRX Quantum.
تم النشر: 2026-06-09 14:34:00
