Google أعلنت أن فريق الذكاء الاصطناعي الكمي لديها قد نجح في تجاوز عقبة رئيسية في الحوسبة الكمومية: حيث أثبتوا أن تقنية "تربية الحالة السحرية" قابلة للتطبيق على معالج Willow، مما أدى إلى تقليل الأخطاء بنحو 40 مرة مقارنة بعدم استخدام هذه التقنية. تم نشر هذه النتيجة الرائدة اليوم في مجلة "Science"، وتعتبر خطوة حاسمة نحو تحقيق الحوسبة الكمومية على نطاق واسع.
نجاح فريق Google في إثبات قابلية تقنية تربية الحالة السحرية
في عام 2004، توقع الباحثون وجود عقبة صعبة. لتحقيق الحوسبة الكمومية العامة وتشغيل برامج ذات قيمة عملية، يجب أن يكون من الممكن تنفيذ مجموعة معينة من العمليات الكمومية. تتمثل الطريقة في إعداد ما يسمى بـ "الحالة السحرية"، التي سميت بهذا الاسم لأن هذه الأنواع من الحالات الكمومية يمكن أن تولد عمليات كمومية تتجاوز ما تتطلبه الحوسبة التقليدية. ولكن هناك مشكلة هنا: إعداد حالات سحرية عالية الجودة ومصححة للخطأ يتطلب موارد هائلة. تشير بعض التقديرات إلى أن الحواسيب الكمومية قد تحتاج إلى استخدام ما يصل إلى 95% من إجمالي قوتها الحاسوبية لتوليد الحالة السحرية، مما يترك القليل من الموارد للحساب الفعلي.
علاوة على ذلك، بمجرد استخدام الحالة السحرية، لا يمكن إعادة استخدامها، مما يجعلها موردًا نادرًا. لذلك، كان الباحثون يعملون باستمرار على تقليل تكلفة إعداد الحالة السحرية.
في عام 2024، قام باحثو Google في الذكاء الاصطناعي الكمي، كريغ جيدني، نوح شوتي وكودي جونز، بالاستفادة من الأفكار الموجودة في الأدبيات وتحسينها، لتطوير ما يُعرف الآن بتقنية تربية الحالة السحرية. من المتوقع أن تقلل هذه التقنية بشكل كبير من استهلاك الموارد، حيث تعتمد فكرتها الأساسية على عمل فلتر. يتم حقن حالة كمومية مشوشة في منطقة صغيرة من شريحة الكم، ثم يتم تنفيذ سلسلة من القياسات المتزامنة للغاية، لتحديد الأخطاء واستبعاد العينات غير المؤهلة. أثبت فريق كريغ أنه باستخدام هذه الطريقة، يمكن "تربية" حالات كمومية ذات نقاء عالٍ وأخطاء منخفضة، ويمكن تحويلها بشكل متزامن إلى شكل ترميز أكبر وأكثر قيمة عملية.
إذا تم تطبيق ذلك على الأجهزة الكمومية، فسيمكن تقليل حجم الحواسيب الكمومية المطلوبة للمهام العملية بشكل كبير.
عند اختبار بروتوكول التربية لأول مرة، لاحظت الباحثة في الذكاء الاصطناعي الكمي في Google، إيما روزنفيلد، أن البيانات التي تم جمعها بدت وكأنها تتعارض مع القوانين الفيزيائية. بعد شهور من التحقيق والمحاكاة والمناقشات مع الزملاء والتحقق من التناسق، اكتشفت أن المشكلة كانت ناتجة عن فرضيات خاطئة في طرق القياس المستخدمة بشكل شائع من قبل الفريق. على وجه التحديد، كانت هناك نوع من الضوضاء الناتجة عن انحراف الأجهزة الكهربائية في المختبر وتقلبات درجة الحرارة، مما أثر على فعالية نتائج الاختبار المرجعية. كان على الفريق ضبط الإطار النظري والخطة الهندسية بشكل متزامن، وإضافة وسائل تحكم إضافية للنظام، لتقليل تأثير هذه الضوضاء، كما قاموا بابتكار طريقة جديدة للاختبار المرجعي، باستخدام تقنية التربية نفسها كأداة قياس، لحل المشكلة من جذورها.
بفضل هذه النتيجة والابتكارات الأخرى في الخوارزميات والخطط الهندسية، دفعت Google تقنية القياس الكمومي إلى مستوى جديد من التميز. على معالج Willow الخاص بـ Google في الذكاء الاصطناعي الكمي، حقق هذا البروتوكول تقليلًا للأخطاء يصل إلى 40 مرة مقارنة بالحالات الكمومية التي لم تخضع لعملية التربية؛ حيث وصلت دقة منطق T إلى مستوى قياسي بلغ 99.99%. تم نشر هذه النتيجة الآن في مجلة "Science"، حيث أثبتت لأول مرة وجود حل قابل للتطبيق لأحد أخطر عقبات الموارد في الحوسبة الكمومية، وأثبتت Google قدرتها على إعداد هذه الحالة السحرية الأساسية بكفاءة على الأجهزة الحقيقية.
كما تحقق Google بشكل أولي أن النظرية التي اقترحها كريغ وآخرون يمكن أن تتناسب مع هيكل الحوسبة الكمومية الخاص بها. تمكن الفريق من التبديل بين "كود الألوان" (وهو نوع جديد من أكواد تصحيح الأخطاء الكمومية، مناسب جدًا لتربية الحالة السحرية) و"كود السطح" (وهو حل تصحيح أخطاء أكثر نضجًا)، حيث تم دمج الحالة الكمومية ذات المسافة 3 مع كود السطح ذو المسافة 5. تم اقتراح بروتوكول الدمج هذا لأول مرة في ورقة نظرية عام 2024، وأكدت هذه التجربة أن الحالات الكمومية المنقاة يمكن أن تستمر بشكل مستقر داخل الأجهزة وتنتقل بسلاسة.