IBM Quantum تدمج بنية الدراجة الثنائية مع طبقات تصحيح أخطاء Reed-Solomon الكمومية
أعلنت IBM Quantum عن توسيع خارطة طريقها نحو التسامح مع الأخطاء من خلال تقديم تركيب بنيوي موحد يجمع بين شفرات التحقق من التكافؤ منخفضة الكثافة الكمومية (qLDPC) عالية المعدل وقيود الكتل الخارجية الجبرية. جاء هذا الإعلان عبر إحاطة معمارية قدمها جاي غامبيتا، مدير أبحاث IBM، حيث تدمج المنهجية الجديدة إنجازين رئيسيين: التوليد الموضعي لمصانع الحالات السحرية داخل بنية الدراجة الثنائية، وإطار نظري تعاوني مع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) لتسلسل شفرات Quantum Reed-Solomon ذات الأبجدية الكبيرة.
تعالج البنية الجديدة الأخطاء المترابطة داخل كتلة فيزيائية واحدة باعتبارها تغيرات أحادية ضمن حقل غالوا أكبر، مما يمكّن شفرات الدراجة الثنائية المتغيرة ذات 144 كيوبت من العمل بموثوقية عند مستوى ضوضاء فيزيائي موحد يبلغ 10⁻³. يتيح هذا التكوين للنظام الانتقال مباشرة إلى نظام التيراكوب (teraquop) الذي يتطلب معدلات خطأ منطقية أقل من واحد على كوادريليون لكل كيوبت في كل دورة، مع تقليل الحمل المكاني الإجمالي مقارنة بالأطر البديلة غير المتسلسلة ذات 288 كيوبت.
تتمثل العقبة الهندسية الرئيسية عند تسلسل شفرة خارجية عالية المعدل فوق كتلة داخلية متعددة الكيوبتات في أن الكيوبتات المنطقية الفردية داخل كتلة عتادية مشتركة لا تفشل بشكل مستقل. فأي حدث ضوضاء انفجاري موضعي أو فشل في فك التشفير على شريحة ركيزة واحدة يُحدث توزيعات خطأ مترابطة عبر جميع السجلات المدمجة. لمعالجة هذه المشكلة، قدم فريقا IBM وMIT طوبولوجيا تعيين متخصصة من الكيوديت إلى الكيوبت، تعزل الكيوبتات المنطقية الـ12 الأصلية في كتلة الدراجة الثنائية وتفصل أدوارها التشغيلية. بتحويل السجلات الداخلية للكتلة إلى عنصر جبري موحد، يُقيَّم أي متجه خطأ داخلي بواسطة الشفرة الخارجية كخطأ وزن كتلة واحد.
تُبنى طبقة الشفرة الخارجية باستخدام شفرات Quantum Reed-Solomon غير الثنائية بمعلمات مثالية محددة بحد سينغلتون الكمومي. تستغل البنية الخصائص الفريدة لأجهزة فك التشفير القائمية عالية الأبعاد، حيث يمكن لمتغير Guruswami-Sudan الكلاسيكي عزل وتصحيح الأخطاء المكانية النموذجية بكفاءة تتجاوز حد نصف المسافة الدنيا القياسي. لاستخراج متلازمات شفرة Reed-Solomon الخارجية، تنفذ البنية مخطط تصحيح أخطاء شور خفيف الوزن وغير محلي مصمم خصيصًا لكيوديتات غالوا، مع توليد حالات قط الكيوديت عالية الأبعاد دون اتصال باستخدام تسلسلات قائمة على القياس.
من المنظور التحليلي، يمثل هذا الإنجاز نقلة نوعية في هندسة تصحيح الأخطاء الكمومية، حيث تتجاوز IBM القيود التقليدية للشفرات السطحية. تقنية خلط أخطاء الزمكان (spacetime error mixing) التي تطبق بروتوكول اختيار عشوائي على متجهات التعيين ومعاملات المتلازمة تضمن إمكانية تحديد معدل الخطأ المنطقي الإجمالي باستخدام إحصائيات قابلة للإدارة. كما أن خاصية التسامح مع الأخطاء الفريدة لبنى الكيوديت، حيث يُكبت خطأ بيانات فيزيائي واحد أسيًا بواسطة بُعد الحقل العالي، تفتح آفاقًا جديدة للتوسع عبر حقول بُعد 2048.
بالنسبة للأثر الاقتصادي، تُعد IBM شركة مدرجة في بورصة نيويورك (رمز: IBM)، وقد يعزز هذا التقدم موقعها التنافسي في سوق الحوسبة الكمومية المتنامي. تقليل الحمل الفيزيائي بشكل كبير مع الحفاظ على معدلات خطأ منخفضة للغاية يمكن أن يسرّع الجدول الزمني للتطبيقات التجارية، مما قد ينعكس إيجابًا على تقييم قطاع الحوسبة الكمومية لديها على المدى المتوسط.