دانشمندان یک دروازه کوانتومی جدید ساختند

پژوهشگران «مرکز محاسبات کوانتومی ریکن»(RQC) و شرکت «توشیبا»(Toshiba) موفق به ساخت یک دروازه کوانتومی جدید شدند. این دروازه کوانتومی بر فناوری «کوپلر دو ترانسمون»(DTC) مبتنی است که از نظر تئوری می‌تواند وفاداری دروازه‌های کوانتومی را به طور قابل توجهی افزایش دهد.

 پژوهشگران با استفاده از این روش به وفاداری ۹۹.۹۲ درصدی برای یک دستگاه دو کیوبیتی موسوم به «گیت سی‌زد»(CZ gate) و موفقیت ۹۹.۹۸ درصدی برای یک گیت تک‌ کیوبیتی دست یافتند. این پیشرفت که در بخشی از پروژه «Q-LEAP» انجام شد، نه تنها عملکرد دستگاه‌های کوانتومی مقیاس متوسط پرسروصدا را افزایش می‌دهد، بلکه راه را برای تحقق محاسبات کوانتومی از طریق تصحیح مؤثر خطای کوانتومی هموار می‌کند.

DTC نوع جدیدی از کوپلر قابل تنظیم است که از دو ترانسمون با فرکانس ثابت تشکیل شده و از طریق یک حلقه با یک اتصال اضافی همراه شده است. ساختار این فناوری، یکی از مهم‌ترین چالش‌ها را در محاسبات کوانتومی حل می‌کند که توسعه سخت‌افزار برای اتصال کیوبیت‌ها به روشی با وفاداری بالاست. وفاداری دروازه کوانتومی برای به حداقل رساندن خطاها و افزایش قابلیت اطمینان محاسبات کوانتومی ضروری است و طرح DTC با دستیابی به تعامل و عملیات دروازه دو کیوبیتی با وفاداری بالا برجسته می‌شود. اگرچه وفاداری بالای ۹۹ درصد برای گیت‌های تک کیوبیت به دست آمده، اما میزان خطا برای دستگاه‌های دو کیوبیتی معمولا یک درصد یا بیشتر است که عمدتا به دلیل تعامل بین کیوبیت‌ها به نام «تعامل ZZ» صورت می‌گیرد.

یکی از کلیدهای این پژوهش، ساخت یک دروازه کوانتومی با استفاده از روش‌های پیشرفته ساخت با استفاده از یک نوع یادگیری ماشینی به نام یادگیری تقویتی است. این روش به پژوهشگران امکان داد تا پتانسیل نظری DTC را به کاربرد عملی تبدیل کنند. آنها از این روش برای دستیابی به تعادل استفاده کردند و به کمک آن توانستند به سطوح وفاداری دست یابند که از بالاترین سطوح گزارش‌شده در این زمینه است.

«یاسونوبو ناکامورا»(Yasunobu Nakamura)، مدیر مرکز محاسبات کوانتومی ریکن گفت: با کاهش میزان خطا در دروازه‌های کوانتومی، محاسبات کوانتومی قابل اعتمادتر و دقیق‌تری را ممکن کرده‌ایم. این امر به ویژه برای توسعه رایانه‌های کوانتومی مقاوم به خطا که آینده محاسبات کوانتومی هستند، مهم است.

وی افزود: توانایی این دستگاه برای داشتن عملکرد مؤثر با کیوبیت‌ها، آن را به یک عنصر سازنده همه‌کاره و رقابتی برای ساختارهای گوناگون محاسبات کوانتومی تبدیل می‌کند. این سازگاری تضمین می‌کند که می‌توان آن را در پردازنده‌های کوانتومی ابررسانای کنونی و آینده ادغام کرد و عملکرد کلی و مقیاس‌پذیری آنها را افزایش داد. در آینده، ما قصد داریم برای رسیدن به طول کوتاه‌تر دروازه تلاش کنیم، زیرا این می‌تواند در به حداقل رساندن خطای نامنسجم کمک کند.

این پژوهش در مجله «Physical Review X» به چاپ رسید.