طور الفيزيائي الكمومي في جامعة سيدني، الدكتور دومينيك ويليامسون، مؤخرًا طريقة جديدة لتصحيح الأخطاء الكمومية يمكنها تقليل عدد البتات الكمومية المادية المطلوبة لبناء أجهزة كمبيوتر كمومية متسامحة مع الأخطاء على نطاق واسع. نُشرت الدراسة في مجلة "Nature Physics" تحت عنوان "الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء منخفضة التكلفة عبر مشغلات منطقية قياسية".

أُنجز هذا البحث خلال إجازة الدكتور ويليامسون في الشركة العالمية للتكنولوجيا IBM في كاليفورنيا بالولايات المتحدة، وقد تم دمج عناصر تصميمه في خطط IBM لبناء الحوسبة الكمومية على نطاق واسع. قال الدكتور ويليامسون: "نحن في مرحلة تبدأ فيها النظرية والتجربة في الالتقاء. التحدي الأساسي الحالي هو كيفية تصميم أجهزة كمبيوتر كمومية يمكن توسيع نطاقها بكفاءة لحل المشكلات العملية، وعملنا يقدم مخططًا واعدًا."

يكمن جوهر طريقة تصحيح الأخطاء الكمومية الجديدة في تطبيق نظرية القياس، مما يسمح للنظام بتتبع النشاط الشامل، مثل الامتداد عبر "القرص الصلب الكمومي"، دون إجبار حالة كمومية محددة على الانهيار في موقع محلي لبت كمومي فردي. من المتوقع أن تحقق أجهزة الكمبيوتر الكمومية اختراقات في مجالات مثل التشفير وعلوم المواد ونمذجة الأنظمة المعقدة، من خلال الاستفادة من التراكب الكمومي والتداخل لحل المشكلات التي يصعب على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية معالجتها. ومع ذلك، فإن هشاشة الحالات الكمومية تجعل تصحيح الأخطاء تحديًا رئيسيًا.

يعمل تصحيح الأخطاء الكمومية على اكتشاف الأخطاء وتصحيحها عن طريق تشفير المعلومات في بتات كمومية مادية متعددة، دون التدخل في الحساب. في الطرق التقليدية، تنمو تكلفة حماية المعلومات بسرعة، لكن الاختراقات النظرية الحديثة أدخلت تصميم "القرص الصلب الكمومي"، مما يجعل تكلفة التخزين تتناسب مع كمية المعلومات. حل بحث الدكتور ويليامسون مشكلة كيفية معالجة هذه المعلومات المخزنة بكفاءة دون فقدان الكفاءة.

استلهمت الدراسة من نظرية القياس الشبكية، وهو إطار عمل ينسق التفاعلات المحلية مع قوانين الحفظ الشاملة. تسمح نظرية القياس بتتبع الخصائص الشاملة دون إجبار النظام على الدخول في حالة محلية محددة، وطبق فريق الدكتور ويليامسون هذه الفكرة على أجهزة الكمبيوتر الكمومية، مما يوفر وسيلة لتقليل الأخطاء مع توفير قدرة الحوسبة. في التصميم الجديد، يقترن المعالج المنطقي بذاكرة كمومية عالية الكفاءة، مما يقدم درجات حرية "شبيهة بالقياس" لقياس المعلومات الشاملة، باستخدام بنية رياضية للرسوم الممتدة لتحقيق توسع فعال.

بينما تسارع المؤسسات العالمية لتطوير أجهزة كمومية قابلة للتوسع، تتنافس استراتيجيات تصحيح الأخطاء المختلفة لتكون الإطار المهيمن. تم دمج نتائج تدريب الدكتور ويليامسون في مجموعة نظرية المعلومات الكمومية وتصحيح الأخطاء في IBM في خارطة طريق الشركة طويلة الأجل، مما يوفر مسارًا جديدًا لتقليل متطلبات الموارد المادية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.