مثير للإعجاب

التعامل مع الأخطاء في الحوسبة الكمومية

التعامل مع الأخطاء في الحوسبة الكمومية

ميكانيكا الكم هي أحد فروع العلم الموقرة ، حيث يدور موضوع الدراسة حول الجسيمات دون الذرية. باستخدام ميكانيكا الكم ، تمكنا من دراسة كيف تتصرف الجسيمات الصغيرة جدًا في العالم ، في نطاق الذرات والإلكترونات والفوتونات ، في العالم.

وما أهم مساهماتهم في العالم؟ أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، وتقنيات الاتصال بالليزر ، والترانزستورات ، والمجاهر الإلكترونية ، إلخ.

ومع ذلك ، فإن المعلومات الكمية عرضة للتغيير بناءً على العديد من عوامل التمديد. أي تغيير من القيمة الأصلية سينتج عنه خطأ ، ويتم استخدام تصحيح الخطأ الكمي أو (QEC) للحفاظ على القيم بالترتيب.

ذات صلة: 5 مشاكل غير قابلة للتكيف ستحل الحوسبة الكمية

في هذه المقالة ، دعنا نناقش بعض التعقيدات المحيرة لميكانيكا الكم ، وكيف تؤدي إلى أخطاء وكيف يحاول العلماء تصحيحها.

عندما نتحدث عن ميكانيكا الكم ، فإننا نربطها دائمًا بالذرات. ولكن نظرًا لأن مجال ميكانيكا الكم متقدم جدًا ، يمكننا حتى توسيعه لشرح الأشياء الأكبر ، وبشكل أكثر تحديدًا الأشياء اليومية من حولنا ، أليس كذلك؟

لا ، على عكس هذا الاعتقاد الشائع ، فإن استخدام نظرية الكم لشرح الأشياء الكبيرة غالبًا ما يؤدي إلى إرجاع قيم خاطئة. في تعريف أكثر توجهاً نحو العلم ، يمكننا القول أن ميكانيكا الكم لا تبشر بالخير مع النسبية العامة التي اقترحها أينشتاين.

ذات صلة: 10 طرق ترى فيها نظرية أينشتاين النسبية في الحياة الحقيقية

لفهم الفجوة بين ميكانيكا الكم ونظرية النسبية ، علينا أن نفهم في تعريفهما الأساسي وكيفية تطبيقهما على العالم.

في ميكانيكا الكم ، ندرس الذرة وحتى الجسيمات الأصغر مثل الإلكترونات. تخضع هذه الجسيمات دون الذرية لمجموعة قواعد مختلفة عن قوانين الفيزياء.

ذات الصلة: MAX BORN وصياغة ميكانيكا الكم

على سبيل المثال ، تنص نظرية الكم على أن الجسيمات مثل الإلكترونات لها طبيعة جسيمية وطبيعة موجية ، كما أنها قادرة على التواجد في مكانين في نفس الوقت. هذا لا يتناسب بشكل جيد مع العالم الكلي الذي نعيش فيه لأن الأشياء من حولنا ، سواء كانت طاولة أو كرة ، توجد فقط في مكان واحد في كل مرة.

جانب آخر من ميكانيكا الكم هو أنه يفشل في تفسير الجاذبية. وفقًا لميكانيكا الكم ، فإن مرور الزمان والمكان ثابتان.

ذات صلة: 5 حقائق عن الجاذبية

ومع ذلك ، وفقًا لأينشتاين ، المكان والزمان نسبيان. علاوة على ذلك ، يمكن أن ينحني الفضاء ويلوي. من الواضح أن هذا تقلص لكيفية رؤية نظرية الكم للأشياء.

وهنا يأتي دور الأخطاء التي تحدثنا عنها. فكيف يقوم العلماء بسد هذه الفجوة؟

لا يمكننا تجاهل كلتا النظريتين لأن كلاهما متساوي في الحق في نظامه البيئي. عندما نأخذ أجسامًا أكبر ، تعطينا نظرية النسبية معلومات دقيقة عن كيفية استجابة الكائن وتصرفه في وجود قوى معينة.

وعندما ندرس أصغر الجسيمات في الكون ، ترسم ميكانيكا الكم صورة واضحة لوجودها وكيف تتفاعل مع بعضها البعض. لا يمكننا الحصول على نفس المستوى من فهم عالم الكم الذي لدينا اليوم بدون ميكانيكا الكم.

ومع ذلك ، عندما تتفاعل الميكانيكا الدقيقة والماكرو ، فإنها لا تقدم إجابات لبعضها البعض ، مما يؤدي إلى حدوث أخطاء في الحسابات والنتائج. إذن ماذا نستنتج؟

حتى الآن ، مع كل قوتنا التكنولوجية ، لا تزال أخطاء ميكانيكا الكم بعيدة المنال عند التوسع في النسب الكلية.

لا يوجد سوى تفسرين حقيقيين يجب أن نتصالح مع المشكلة.

إما أن ميكانيكا الكم ليست قابلة للتطبيق عالميًا ، وبالتالي لا يمكن تطبيقها من حيث الأجسام الكبيرة. التفسير الآخر لهذه الأخطاء هو أن الفيزياء تفتقر إلى حقائق واضحة وإمكانيات معينة تتجاوز إدراكنا.

الحل الوحيد لحل هذه المشكلة هو تقييد استخدام ميكانيكا الكم لتقييم كائنات ذات أحجام معينة.

ومع ذلك ، هناك مجال حيث يتم استخدام ميكانيكا الكم بشكل متزايد على مر السنين - الحوسبة الكمومية. تمامًا مثل الكمبيوتر الشخصي ، تم تصميم أجهزة الكمبيوتر الكمومية أيضًا بأجزاء غير كاملة.

الفرق الرئيسي هو أن هناك نظامًا راسخًا مخصصًا فقط لإصلاح الأخطاء على أجهزة الكمبيوتر الشخصية ، بينما لا ينطبق الأمر نفسه على أجهزة الكمبيوتر الكمومية.

تعالج أجهزة الكمبيوتر الكمومية المعلومات في شكل كيبيتس. تتمتع الكيوبتات بالقدرة على ألا تصبح واحدًا ولا صفرًا وحالات الخروج بينهما.

لكن Qubits حساسة للغاية للقوى الخارجية أو البيئة نفسها. هذا يمهد الطريق للأخطاء لتتوافق مع النتائج.

استخدام المنطقية Qubits

قد يكون لدى عالم كبير في مجموعة أندرياس والراف البحثية يدعى سيباستيان كرينر إجابة على هذا السؤال. إنه الفائز الأول بجائزة Lopez-Loreta في ETH Zurich ، وقد ابتكر مفهومًا سيساعد الحوسبة الكمية في ارتكاب أخطاء أقل.

تتمثل فكرته في تقديم نوع جديد من الكيوبت يسمى Qubit المنطقي. الكيوبت المنطقي عبارة عن مجموعة من الكيوبتات الفردية.

ذات صلة: ما الذي سيتغير الحوسبة الكمية بالضبط؟

لذلك ، بدلاً من العمل بشكل فردي ، فإنهم يعملون في انسجام ، ويقللوا من معدل الخطأ في العملية. ومع ذلك ، فإن شرط عمل Logic Qubit هو أنه يجب أن يمتلكوا معدل موثوقية عالية من البداية نفسها.

إذا كان معدل الخطأ لديهم أكثر من واحد في المائة ، فإن Logic Qubit سيجلب المزيد من الأخطاء ، مما يؤدي إلى نتائج عكسية. يتم إجراء تجارب لاختبار Logic Qubits لدراسة تأثيرها على الحوسبة الكمومية.

يتم تطوير طريقة مختلفة لإصلاح الأخطاء في أجهزة الكمبيوتر الكمومية أثناء التنقل. دكتوراه. طور الطلاب فلاد نيجنيفيتسكي وماتيو مارينيلي بمساعدة باحث ما بعد الدكتوراة كاران ميهتا وزملاء آخرين نظامًا يمكنهم من خلاله قياس خصائص نوعين مختلفين في سلسلة ، أيونات البريليوم (9Be +) وأيون الكالسيوم (40Ca +).

ميزة وجود نوعين للقياس هي أنه من خلال استخدام الخصائص الكمية ، فإن قياس خصائص أحد العناصر سيمكن الباحثين من معرفة حالة العنصر الآخر ، دون إزعاجها.

على سبيل المثال ، ستعطي مراقبة أيون الكالسيوم للباحثين معلومات عن أيونات البريليوم. وأفضل جزء هو أنه يمكن الاحتفاظ بالأيونات لاختبارات متعددة دون إزعاج أيونات البريليوم ، وهو ما لم يكن ممكنًا في اختبارات الحوسبة الكمومية التقليدية.

قام الفريق أيضًا ببناء نظام تحكم من شأنه تصحيح أيونات البريليوم بمجرد انحرافها عن مسارها. كان هذا الشكل من اكتشاف الأخطاء وتصحيحها شيئًا لم يسمع به أحد في الحوسبة الكمومية.

من الواضح أن ميكانيكا الكم تأتي مع نصيبها من الأخطاء ، لكن مستوى القوة الحسابية التي تجلبها إلى الطاولة يجعلها الطريقة الوحيدة القادرة على حل المشكلات المعقدة.

مع إجراء البحوث في جميع أنحاء العالم لاكتشاف الأخطاء الكمومية وتصحيحها ، فإننا بالتأكيد نتحرك بشكل أسرع نحو الحوسبة الكمية العملية.


شاهد الفيديو: الحاسوب الكمي الكمومي. quantum computing (سبتمبر 2021).