باحثون من جامعة سيدني وIBM يحددون مساراً نحو حوسبة كمومية عالية الدقة
كشف فريق بحثي من جامعة سيدني بالتعاون مع شركة IBM عن عوامل جوهرية تحدّ من أداء الحواسيب الكمومية، مع تقديم حلول عملية للتغلب على تأثيراتها السلبية. وتُمثّل هذه النتائج، المنشورة في دورية Nature Communications، خطوة مهمة نحو تعزيز موثوقية التقنيات الكمومية وتسريع وصولها إلى مرحلة التطبيق العملي.
أوضح البروفيسور ستيفن بارتليت، قائد المشروع ومدير معهد سيدني نانو، أن الحواسيب الكمومية لا تزال شديدة الحساسية تجاه "الضوضاء" أو التداخل الخارجي وعدم الاستقرار، مما يُصعّب توسيع نطاقها لتصبح آلات قابلة للاستخدام الفعلي. وتكمن المشكلة الأساسية في أن وحدات المعلومات الكمومية - الكيوبتات - هشة للغاية ويمكن أن تفقد المعلومات المخزنة فيها بسبب أدنى اضطراب من البيئة المحيطة.
ركّز الفريق البحثي على تحليل دور القياسات منتصف الدائرة (mid-circuit measurements)، حيث يتم قياس كيوبتات محددة في مراحل وسيطة من العملية الحسابية. هذا القياس يُنهي حالة التراكب الكمومي لتلك الكيوبتات ويحوّلها إلى حالات كلاسيكية، بينما تحتفظ الكيوبتات الأخرى بتماسكها الكمومي. المشكلة أن كل قياس يستغرق وقتاً تضطر خلاله بقية العمليات للانتظار في وضع "الخمول"، مما يُدخل ضوضاء إضافية تُضعف الأداء الكلي.
باستخدام معالج IBM Quantum Heron r2 فائق التوصيل المكوّن من 156 كيوبت، اختبر الباحثون مدى فعالية أساليب تصحيح الأخطاء المختلفة في الحفاظ على المعلومات الكمومية. ومن خلال إعادة تصميم دوائر تصحيح الأخطاء لتقليل زمن الخمول، تمكّن الفريق من رفع معدلات بقاء الكيوبتات المنطقية من أقل من 90% إلى أكثر من 96% لكل دورة تصحيح أخطاء - وهو تحسّن جوهري في هذا المجال.
من الناحية التحليلية، تُبرز هذه الدراسة أهمية فهم مصادر الأخطاء بدقة كمية قبل محاولة معالجتها. فتصحيح الأخطاء الكمومية ضروري لبناء حواسيب كمومية واسعة النطاق، لكنه يُدخل تحديات هندسية معقدة. ويُعدّ هذا البحث ثمرة مباشرة للتعاون بين جامعة سيدني وIBM المُعلن عنه في 2024، والممول من وكالة IARPA التابعة للحكومة الأمريكية.
على الصعيد الاقتصادي، قد تنعكس هذه النتائج إيجاباً على سهم IBM المدرج في بورصة نيويورك، إذ تُعزز مكانتها الريادية في سباق الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء، وهو ما قد يُترجم إلى ميزة تنافسية ملموسة مع اقتراب الجيل القادم من التطبيقات الكمومية التجارية.