آمازون از اولین تراشه محاسبات کوانتومی خود رونمایی کرد که از معماری مقیاس‌پذیر استفاده می‌کند و هزینه تصحیح خطا را تا 90 درصد کاهش می‌دهد. این تراشه که «Ocelot» نام دارد، توسط تیمی از مرکز محاسبات کوانتومی AWS در مؤسسه فناوری کالیفرنیا توسعه یافته است.
آمازون ادعا می‌کند که Ocelot نشان‌دهنده پیشرفتی در تلاش برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی مقاوم در برابر خطا است که قادر به حل مسائلی با اهمیت تجاری و علمی هستند که فراتر از دسترس کامپیوترهای معمولی امروزی است.
این تیم از یک طراحی جدید برای معماری Ocelot استفاده کرد، تصحیح خطا را از پایه ساخت و از «کیوبیت گربه» استفاده کرد.
AWS کیوبیت گربه و اجزای اضافی تصحیح خطای کوانتومی را با هم ترکیب کرد
به گفته آمازون، کیوبیت‌های گربه - که از آزمایش فکری معروف گربه شرودینگر نام‌گذاری شده‌اند - ذاتاً اشکال خاصی از خطاها را سرکوب می‌کنند و منابع مورد نیاز برای تصحیح خطای کوانتومی را کاهش می‌دهند.
این شرکت فاش کرد که محققان AWS برای اولین بار فناوری کیوبیت گربه و اجزای اضافی تصحیح خطای کوانتومی را روی یک میکروچیپ ترکیب کردند که می‌تواند به روشی مقیاس‌پذیر با استفاده از فرآیندهایی که از صنعت میکروالکترونیک گرفته شده‌اند، تولید شود.
اسکار پینتر، مدیر سخت‌افزار کوانتومی AWS، گفت: «با پیشرفت‌های اخیر در تحقیقات کوانتومی، دیگر مسئله این نیست که آیا، بلکه چه زمانی کامپیوترهای کوانتومی عملی و مقاوم در برابر خطا برای کاربردهای دنیای واقعی در دسترس خواهند بود. Ocelot گام مهمی در این سفر است.»
«در آینده، تراشه‌های کوانتومی که مطابق با معماری Ocelot ساخته شده‌اند، می‌توانند به دلیل کاهش چشمگیر تعداد منابع مورد نیاز برای تصحیح خطا، تا یک پنجم رویکردهای فعلی هزینه داشته باشند. به طور مشخص، ما معتقدیم که این امر جدول زمانی ما را برای دستیابی به یک کامپیوتر کوانتومی عملی تا پنج سال تسریع می‌کند.»
حافظه کیوبیت منطقی
یافته‌های منتشر شده در Nature نشان می‌دهد که محققان با استفاده از یک مدار کوانتومی ابررسانا، یک حافظه کیوبیت منطقی را تحقق بخشیدند که از اتصال کیوبیت‌های گربه بوزونی رمزگذاری‌شده با یک کد تکرار بیرونی با فاصله d =?5 تشکیل شده است. یک مدار تثبیت‌کننده به طور غیرفعال از کیوبیت‌های گربه در برابر چرخش بیت محافظت می‌کند. کد تکرار، با استفاده از ترانسمون‌های ancilla برای اندازه‌گیری سندرم، چرخش فاز کیوبیت گربه را تصحیح می‌کند.
محققان در این مطالعه گفتند: «ما عملکرد و مقیاس‌بندی حافظه کیوبیت منطقی را مطالعه می‌کنیم و دریافتیم که کد تکرار تصحیح‌کننده چرخش فاز زیر آستانه عمل می‌کند. خطای چرخش بیت منطقی با افزایش میانگین تعداد فوتون کیوبیت گربه، که با تحقق ما از یک دروازه CX دارای بایاس نویز گربه-ترانسمون فعال شده است، سرکوب می‌شود.»
محققان فاش کردند که یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در مورد کامپیوترهای کوانتومی این است که آنها به شدت به کوچک‌ترین تغییرات یا «نویز» در محیط خود حساس هستند.
به گفته یک خبرنامه مطبوعاتی، لرزش‌ها، گرما، تداخل الکترومغناطیسی ناشی از تلفن‌های همراه و شبکه‌های Wi-Fi، یا حتی پرتوهای کیهانی و تشعشعات ناشی از فضای بیرونی، همگی می‌توانند کیوبیت‌ها را از حالت کوانتومی خود خارج کنند و باعث ایجاد خطا در محاسبات کوانتومی در حال انجام شوند.
آنها تأکید کردند که چنین مسائلی از نظر تاریخی ساخت کامپیوترهای کوانتومی را که می‌توانند محاسبات قابل اعتماد و بدون خطا را با هر پیچیدگی قابل توجهی انجام دهند، فوق‌العاده دشوار کرده است.
پینتر گفت: «بزرگ‌ترین چالش فقط ساخت کیوبیت‌های بیشتر نیست، بلکه این است که آنها را به طور قابل اعتماد کار کنند.»
محققان فاش کردند که برای حل این مشکل، کامپیوترهای کوانتومی به تصحیح خطای کوانتومی متکی هستند که از رمزگذاری‌های ویژه اطلاعات کوانتومی در چندین کیوبیت - در قالب کیوبیت‌های «منطقی» - برای محافظت از اطلاعات کوانتومی در برابر محیط استفاده می‌کند.
طبق خبرنامه مطبوعاتی، این امر همچنین امکان تشخیص و تصحیح خطاها را به محض وقوع فراهم می‌کند. متأسفانه، با توجه به تعداد زیاد کیوبیت‌های مورد نیاز برای به دست آوردن نتایج دقیق، رویکردهای فعلی برای تصحیح خطای کوانتومی با هزینه هنگفتی همراه بوده است و بنابراین بازدارنده است.