- นักวิจัยสาธิตว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถคำนวณต่อเนื่องพร้อมแก้ไขข้อผิดพลาดด้วยตนเองได้
- สถานะที่เปราะบางของควอนตัมบิตอาจเสื่อมสภาพจากการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม จึงต้องการระบบแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม
- การปรับความถี่ของกระบวนการในทดลองสามารถก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรุนแรงของพฤติกรรมระบบ
- การสาธิตครั้งนี้ยังไม่ได้สร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทนทานข้อผิดพลาดสมบูรณ์ แต่แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการขยายขนาด
ความท้าทายเฉพาะตัวของคอมพิวเตอร์ควอนตัม
การรีเซ็ตควอนตัมบิตเพื่อฟื้นฟูความเป็นระเบียบ คอมพิวเตอร์ควอนตัมประมวลผลข้อมูลแตกต่างจากคอมพิวเตอร์ทั่วไป ควอนตัมบิตของมันสามารถอยู่ในสถานะซุปเปอร์พอซิชันของหลายสถานะได้ ซึ่งมอบความสามารถที่บิตทั่วไปไม่สามารถทำซ้ำได้โดยตรง อย่างไรก็ตาม สถานะที่เปราะบางเหล่านี้อาจเสื่อมสภาพจากการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมและข้อบกพร่องของฮาร์ดแวร์ ในระหว่างการคำนวณ ข้อผิดพลาดจะสะสมอย่างต่อเนื่อง จนสุดท้ายทำให้ผลลัพธ์ไม่น่าเชื่อถือ ดังนั้น นักวิจัยจึงต้องพัฒนาระบบที่สามารถตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาดเหล่านี้ได้ในขณะที่การคำนวณยังดำเนินต่อไป วิธีการนี้เรียกว่าการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม ซึ่งเป็นฐานของการคำนวณควอนตัมที่ทนทานข้อผิดพลาด ทีมวิจัยใช้โปรเซสเซอร์ IBM Quantum Heron ที่มี 156 ควอนตัมบิตในการทดสอบ นักวิจัยเลือกโซ่การเชื่อมต่อที่มีควอนตัมบิตสูงสุด 100 ตัวสำหรับทดลอง พวกเขาสลับทำสองกระบวนการที่แข่งขันกัน กระบวนการหนึ่งทำให้ข้อมูลระหว่างควอนตัมบิตที่อยู่ติดกันสับสน ขยายความไม่เป็นระเบียบภายในระบบ อีกกระบวนการหนึ่งวัดควอนตัมบิตแต่ละตัวและรีเซ็ตมันไปยังสถานะที่กำหนดไว้ล่วงหน้าอย่างไม่หยุดยั้ง ทดลองครั้งนี้เกี่ยวข้องกับการดำเนินการควอนตัมบิตคู่เกือบ 5,000 ครั้ง และรอบการวัดและรีเซ็ตเกือบ 5,000 รอบ ซึ่งทำให้นักวิจัยสามารถสำรวจได้ว่าการแทรกแซงซ้ำๆ ทำให้กระบวนการสับสนถูกชดเชยอย่างไร การเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนของโชติก นักวิจัยปรับความถี่ของแต่ละกระบวนการเพื่อกำหนดว่าพฤติกรรมใดเป็นอันดับหนึ่ง เมื่อกระบวนการสับสนเกิดขึ้นบ่อยกว่า ระบบจะคงอยู่ในสถานะโชติก ในทางกลับกัน เมื่อกระบวนการวัดและรีเซ็ตเกิดขึ้นบ่อยกว่า ระบบจะก้าวหน้าสู่สถานะที่เป็นระเบียบและควบคุมได้ การเปลี่ยนแปลงที่โดดเด่นที่สุดเกิดขึ้นที่จุดสมดุล 50-50 ระหว่างสองกระบวนการ การปรับความถี่สัมพัทธ์เล็กน้อยอาจก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรุนแรงของระบบทั้งหมด นักฟิสิกส์เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า การเปลี่ยนเฟส อธิบายการเปลี่ยนแปลงร่วมกันของพฤติกรรมระบบ คล้ายกับกระบวนการที่น้ำแข็งตัวผลกระทบของการแทรกแซงแบบสุ่ม
Justin Wilson รองศาสตราจารย์ฟิสิกส์ของ Louisiana State University และผู้ร่วมเขียนวิจัย อธิบายว่าการแทรกแซงแบบสุ่มสามารถยับยั้งพฤติกรรมที่คาดการณ์ไม่ได้ได้ นักวิจัยยังพบว่าการเปลี่ยนผ่านนี้ยังคงอยู่ในระบบควอนตัม ซึ่งความอยู่รอดของมันยังคงไม่แน่นอน ผลการวิจัยสอดคล้องกับการคาดการณ์ทางทฤษฎี เมื่อนักวิจัยตรวจสอบระบบขนาดใหญ่ขึ้น การเปลี่ยนผ่านนี้มีความชัดเจนมากขึ้น บ่งชี้ว่าผลกระทบนี้ขยายไปไกลกว่าสายวงจรทดลองขนาดเล็ก ก้าวสู่การคำนวณที่ทนทานข้อผิดพลาด การป้อนข้อมูลย้อนกลับแบบเรียลไทม์จะช่วยให้โปรเซสเซอร์ควอนตัมในอนาคตจัดการข้อผิดพลาดได้ในระหว่างการคำนวณที่ขยายเวลา
เครื่องจักรที่ทนทานข้อผิดพลาดต้องทำซ้ำการดำเนินการเหล่านี้หลายครั้ง โดยไม่ทำลายข้อมูลที่กำลังประมวลผล IBM Researcher Maika Takita ระบุว่าทดลองครั้งนี้ประสานงานการดำเนินการควอนตัม การวัด และการรีเซ็ตหลายพันครั้งภายในระบบขนาดใหญ่ เธออธิบายความสามารถนี้ว่าเป็นก้าวสำคัญสู่การแก้ไขข้อผิดพลาดจริง ทีมยังทดสอบระบบขนาดใหญ่ที่พวกเขาไม่สามารถจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ทั่วไปได้ การเปรียบเทียบนี้เพิ่มความเชื่อมั่นในการตีความทางทฤษฎี นักวิจัยจาก City College of New York, Iowa State University, Penn State University และสถาบันอื่นๆ ยังมีส่วนร่วมในงานนี้ด้วย
การสาธิตครั้งนี้ไม่ได้สร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทนทานข้อผิดพลาดสมบูรณ์ แต่แสดงให้เห็นว่าฮาร์ดแวร์ปัจจุบันสามารถแทรกแซงระบบควอนตัมซ้ำๆ ได้ในขณะที่การดำเนินการยังดำเนินต่อไป ซึ่งผลักดันการคำนวณควอนตัมที่ขยายขนาดได้สู่เป้าหมายวิศวกรรมศูนย์กลาง
ก้าวสำคัญของคอมพิวเตอร์ควอนตัมสู่การทนทานข้อผิดพลาด
การพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมเผชิญหน้ากับความท้าทายเฉพาะตัวในการประมวลผลข้อมูล โดยเฉพาะความเปราะบางของควอนตัมบิต งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าการวัดและรีเซ็ตอย่างต่อเนื่องสามารถจัดการข้อผิดพลาดได้ วางรากฐานสำหรับการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม ด้วยการค้นพบในการปรับความถี่กระบวนการในทดลอง นักวิจัยสามารถควบคุมพฤติกรรมระบบได้ ซึ่งมีความสำคัญต่อความสามารถในการทนทานข้อผิดพลาดของคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคต 儘管การสาธิตครั้งนี้ยังไม่ได้บรรลุการทนทานข้อผิดพลาดสมบูรณ์ แต่ได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการขยายขนาดของการคำนวณควอนตัม มอบความหวังใหม่สำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมในอนาคต