تهیه کننده : ندا جهانگیری
افزایش فیدیلیتی گیت دو کیوبیتی فلاکسینیوم با استفاده از یک جفت‌کننده‌ی ترنسمون تنظیم‌پذیر
در آینده کامپیوترهای کوانتومی، قادر به حل مسائلی خواهند بود که برای ابرکامپیوترهای کلاسیک امروزی بسیار پیچیده می‌باشد. در یک کامپیوتر کلاسیک، محاسبات با اعمال گیت‌ها ،به‌عنوان عملیات منطقی، بر روی یک رشته از بیت‌های صفر و یک انجام می‌شود. در محاسبات کوانتومی نیز می‌توان همین الگو را در نظر گرفت: یک گیت تک کیوبیتی کوانتومی یک عملیات منطقی بر روی یک تک کیوبیت خواهد بود و یک گیت دو کیوبیتی کوانتومی عملیاتی است که بر حالت دو کیوبیتی اعمال می‌شود. فیدیلیتی، دقت عملیات کوانتومی انجام شده بر روی این گیت‌ها را انداز‌ه‌گیری می‌کند. در محاسبات کوانتومی گیت‌هایی با بالاترین فیدیلیتی ممکن، ضروری هستند چراکه خطاهای کوانتومی با افزایش تعداد گیت‌ها به صورت نمایی زیاد می‌شوند. بنابراین در یک سیستم بزرگ مقیاس با میلیاردها عملیات کوانتومی، یک خطای به ظاهر کوچک می‌تواند به سرعت کل سیستم را ناکارآمد کند. در عمل، برای دستیابی به چنین نرخ خطای پایینی باید از کدهای تصحیح خطا استفاده شود. با این حال، یک “آستانه فیدیلیتی” وجود دارد که فیدلیتی عملیات باید از آن پیشی گیرند تا بتوان این کدها را پیاده‌سازی کرد. علاوه بر این، به‌ازای فیدیلیتی‌هایی بسیار بالاتر از این آستانه، نیاز به اجرای کدهای تصحیح خطای سنگین تر کاهش می‌یابد. تا به امروز نمونه‌های کامپیوترهای کوانتومی موجود نتوانسته‌اند چنین تصحیح خطاهایی را ممکن سازند. در راستای دستیابی به این هدف، محققان مؤسسه فناوری ماساچوست(MIT) در مقاله‌ای که اخیراً در ژورنال Physical Review X چاپ کرده‌اند، یک معماری جدید از کیوبیت ابررسانا را ارائه‌کرده‌اند که می‌تواند عملیات بین کیوبیت‌ها، به‌عنوان واحدهای سازنده‌ی یک کامپیوتر کوانتومی، را با فیدیلیتی بسیار بالاتر از آنچه تا به اکنون وجود داشته است، را ممکن سازد. این مدار کیوبیت جدید شامل دو کیوبیت فلاکسینیوم است که به‌واسطه‌ی یک ترنسمون با فرکانس تنظیم‌پذیر، به‌عنوان یک عنصر جفت‌کننده‌ی واسط، به‌یکدیگر متصل شده‌اند. نسبت به معماری‌هایی که بر جفت‌شدگی مستقیم بین کیوبیت‌های فلاکسینیوم تکیه دارند، این معماری جدید جفت‌شدگی قوی‌تری را بین دو کیوبیت فلاکسینیوم ممکن می‌سازد و یک نوع تعامل پس‌زمینه‌ی ناخواسته که سبب ایجاد خطا در عملیات کوانتومی می‌شود را نیز مینیمم می‌سازد. به‌طور دقیقتر، برهمکنش‌های قوی بین کیوبیت‌ها می‌تواند منجر به افزایش یک نوفه‌ی پس‌زمینه‌ی پایدار شود، که تحت‌عنوان تعامل استاتیک ZZ شناخته می‌شود و معماری فلاکسینیوم-ترنسمون- فلاکسینیوم این نوفه را تاحد زیادی کاهش می‌دهد. این معماری جدید با کاهش قدرت تعامل ZZ تا سطح پایین‌تر از کیلوهرتز و افزایش نیمه‌عمر کیوبیت فلاکسینیوم تعاملی تا میلی‌ثانیه ، امکان گیت‌زنی تک کیوبیتی را با فیدیلیتی 99.99% درصد و دو کیوبیتی را با فیدیلیتی 99.9% را ممکن ساخته‌است. این فیدیلیتی‌های گیت ، بسیار بالاتر از آستانه مورد نیاز برای برخی کدهای رایج تصحیح خطا هستند و انتظار می‌رود که بتوانند تشخیص خطا را در سیستم‌های بزرگ مقیاس امکان‌پذیر سازند. با تکیه بر این نتایج، دینگ(Leon Ding)، سانگ(Youngkyu Sung)، کانان(Bharath Kannan) ، الیور(William D. Oliver) و دیگران اخیراً یک استارتاپ محاسبات کوانتومی به نام Atlantic Quantum را تأسیس کرده‌اند که این شرکت به دنبال استفاده از کیوبیت های فلاکسینیوم برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی مناسب برای کاربردهای تجاری و صنعتی می‌باشد. بهارات کانان(Bharath Kannan) دانشجوی فارغ التحصیل از گروه مهندسی سیستم‌های کوانتومی دانشگاه MIT و یکی از نویسندگان این مقاله می‌گوید: “این نتایج بلافاصله قابل اجرا هستند و می توانند وضعیت این شاخه‌ی تحقیقاتی را به‌طور کلی تغییر دهد. این به دنیا نشان می دهد که یک مسیر جایگزین رو به جلو وجود دارد. ما قویاً معتقدیم که این معماری، یا چیزی شبیه به این با استفاده از کیوبیت های فلاکسینیوم ، از نظر واقعی برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی مفید و مقاوم در برابر خطا نویدبخش است”. همچنین چانکینگ دنگ(Chunqing Deng)، سرپرست تیم تجربی در آزمایشگاه کوانتومی آکادمی DAMO در موسسه تحقیقاتی جهانی علی‌بابا، می‌گوید: ” این کار پیشگام یک معماری جدید برای جفت کردن دو کیوبیت فلاکسینیوم است. فیدیلیتی گیت‌های حاصله نه تنها بهترین‌های ثبت شده برای فلاکسینیوم هستند، بلکه با ترانسمون‌ها به‌عنوان کیوبیت‌های نویدبخش فعلی نیز برابری می کنند. مهمتر از آن، این معماری درجه‌ی بالایی از انعطاف پذیری در انتخاب پارامتر را ، که یک ویژگی ضروری برای مقیاس‌پذیری یک پردازنده چند کیوبیتی برپایه‌ی فلاکسینیوم است ، ارائه می‌دهد.