آی تی من- کامپیوترهای کوانتومی، با امکان حل مسائلی که کامپیوترهای رایج کنونی قادر به حل آنها نیستند، توان و ظرفیت آن را دارند که شیوه استفاده ما را از فناوری تغییر دهند. اما به این منظور، باید نویز در آنها به حداقل برسد. در توضیح مشکل نویز باید گفت که کامپیوترهای کوانتومی از قوانین خاصی در فیزیک پیروی می کنند؛ اما این رایانش کوانتومی موجب ناهمدوسی کوانتومی نیز می شود که به آن خطا یا نویز نیز گفته می شود.
ناهمدوسی کوانتومی (Quantom decoherence) در واقع از دست دادن همدوسی کوانتومی است. در مکانیک کوانتومی ذرات مانند الکترون توسط یک تابع موج، یک توصیف ریاضی حالت کوانتومی یک سیستم، توصیف می شوند؛ طبیعت احتمالی تابع موج باعث به وجود آمدن اثرات کوانتومی مختلف می شود. تا زمانی که رابطه قابل تعریف بین فاز و حالت های مختلف این سیستم وجود دارد، این سیستم همدوس است. همدوسی خاصیت بنیادی مکانیک کوانتومی و برای عملکرد کامپیوترهای کوانتومی لازم است. اما هنگامی که یک سیستم کوانتومی کاملاً ایزوله نباشد و در تماس با محیط اطراف خود باشد، این همدوسی با زمان از بین می رود که به آن ناهمدوسی کوانتومی می گویند. به عنوان یک نتیجه از این روند، رفتار کوانتومی مربوطه از بین می رود.
مشکل نویز به عنوان چالش کلیدی در ساخت کامپیوترهای کوانتومی کارآمد مطرح است و هر چه تعداد کیوبیت ها بالاتر برود، نویز نیز افزایش می یابد. به این ترتیب، هر چه سیستم بزرگ تر بشود، نویز و خطای آن نیز بالا می رود که این مساله، مانع بزرگی در ساخت کامپیوترهای کوانتومی بزرگ و قدرتمند محسوب می شود.
برای رفع این مشکل، دانشمندان باید بتوانند چگونگی عملکرد نویز را در یک سیستم کوانتومی درک کنند و تا کنون، این مساله فقط در دستگاه های کوچک ممکن بود. اما حالا محققان با انتشار مقاله ای در نشریه Nature Physics الگوریتم هایی را معرفی کرده اند که می تواند در کامپیوترهای بزرگ کوانتومی هم کار کند.
این الگوریتم ها با موفقیت در IBM Quantum Experienceاستفاده شده است. IBM Quantum Experience پلتفرمی است که محققان می توانند در آن از سیستم های رایانش کوانتومی آی بی ام استفاده کنند.
محققان دریافته اند که این الگوریتم ها می توانند با موفقیت، نویز را در یک سیستم شناسایی کنند و مشکلاتی را بیابند که تا کنون قابل شناسایی نبود. در واقع کامپیوترهای کوانتومی باید به دقت کالیبره بشوند تا از به وجود آمدن نویز جلوگیری شود. در عین حال، این کامپیوترها باید قادر به اصلاح نویزها یا خطاهای به وجود آمده باشند. محققان علوم کوانتومی به این منظور باید بدانند که احتمال بروز نویز در کجاها بیشتر است تا به این ترتیب به بهینه سازی اصلاح خطا در مسایل مشخص بپردازند. الگوریتم های انقلابی مورد بحث به محققان امکان می دهد که بفهمند چه احتمال وقوع چه تعداد نویز یا خطا وجود دارد و محل بروز آنها کجا خواهد بود. به این ترتیب، می توان در آینده دستگاه هایی ساخت که فرایند اصلاح خطا را به صورت بهتری به انجام برساند.
محققان در مقاله یاد شده می نویسند: این پروتکل، فرصت های بی شماری برای ساخت ابزارهای نوین تشخیص و کاربردهای عملیاتی در اختیار ما می گذارد. به گفته آنان، این الگوریتم به جهات مختلف در ساخت کامپیوترهای کوانتومی بهتر در مدیریت نویز کارآمد است.
این مقاله با عنوان «شناخت کارآمد نویز کوانتومی» در Nature Physics منتشر شده است.