دانشمندان حالت کوانتومی پنهان را کشف کردند – محققان کرنل یک حالت “کوانتومی اسپین گلس” را در محاسبات کوانتومی کشف کردند که بینش هایی را در مورد تصحیح خطا و آشکار کردن نظم های پنهان در الگوریتم های کوانتومی ارائه می دهد که به طور بالقوه منجر به طبقه بندی های جدید حالت کوانتومی و پیشرفت در محاسبات کوانتومی می شود.
در سطح میکروسکوپی، شیشه پنجره ترکیب عجیبی از خواص را نشان می دهد.
اتم‌های آن مانند یک مایع بی‌نظم هستند، اما دارای سفتی جامد هستند.
هنگامی که نیرویی به یک اتم وارد می شود ، بر سایر اتم ها تأثیر می گذارد.
این قیاسی است که فیزیکدانان برای توصیف حالت کوانتومی به نام «شیشه اسپین کوانتومی» استفاده می‌کنند، که در آن بیت‌های مکانیکی کوانتومی (کیوبیت‌ها) در یک کامپیوتر کوانتومی هم بی‌نظمی (مقادیر به ظاهر تصادفی را به دست می‌آورند) و هم سختی (زمانی که یک کیوبیت برمی‌گردد، بقیه را انجام دهید).
تیمی از محققان کرنل به طور غیرمنتظره ای حضور این حالت کوانتومی را در حین انجام یک پروژه تحقیقاتی طراحی شده برای یادگیری بیشتر در مورد الگوریتم های کوانتومی و به همین ترتیب، استراتژی های جدید برای تصحیح خطا در محاسبات کوانتومی کشف کردند .
اندازه گیری موقعیت یک ذره کوانتومی تکانه آن را تغییر می دهد و بالعکس.
به طور مشابه، برای کیوبیت ها، مقادیری وجود دارد که هنگام اندازه گیری، یکدیگر را تغییر می دهند.
اریش مولر، استاد فیزیک در کالج هنر و علوم (A&S) گفت: ما متوجه شدیم که توالی‌های تصادفی خاصی از این اندازه‌گیری‌های ناسازگار منجر به تشکیل یک شیشه اسپین کوانتومی می‌شود.
یکی از مفاهیم کار ما این است که برخی از انواع اطلاعات به طور خودکار در الگوریتم‌های کوانتومی محافظت می‌شوند که ویژگی‌های مدل ما را به اشتراک می‌گذارند.
دانشمندان حالت کوانتومی پنهان را کشف کردند
تحولات تحقیقاتی اخیر
این مطالعه اخیراً در Physical Review B منتشر شده است . نویسنده اصلی وایبهاو شارما، دانشجوی دکترای فیزیک است.
استادیار فیزیک چائو مینگ جیان (A&S) همراه با مولر یکی از نویسندگان است.
هر سه تحقیق خود را در آزمایشگاه فیزیک اتمی و حالت جامد کورنل (LASSP) انجام می دهند.
این تحقیق بودجه ای را از یک کالج هنر و علوم New Frontier Grant دریافت کرد.
شارما گفت: «ما در تلاشیم تا ویژگی‌های کلی الگوریتم‌های کوانتومی را درک کنیم – ویژگی‌هایی که از هر الگوریتم خاصی فراتر می‌روند.»
استراتژی ما برای آشکار کردن این ویژگی‌های جهانی، مطالعه الگوریتم‌های تصادفی بود.
ما متوجه شدیم که کلاس‌های خاصی از الگوریتم‌ها منجر به نظم پنهان «اسپین شیشه‌ای» می‌شوند.
ما اکنون به دنبال اشکال دیگری از نظم پنهان هستیم و فکر می کنیم که این ما را به طبقه بندی جدیدی از حالت های کوانتومی می رساند.
الگوریتم‌های تصادفی آنهایی هستند که درجه‌ای از تصادفی بودن را به عنوان بخشی از الگوریتم در خود جای می‌دهند – به عنوان مثال، اعداد تصادفی برای تصمیم‌گیری در مورد کارهای بعدی.
پیشرفت در تصحیح خطای کوانتومی
پیشنهاد مولر برای اعطای مرزی جدید 2021 “تصحیح خطای زیر سیستم کوانتومی خودکار” با هدف ساده سازی معماری کامپیوترهای کوانتومی با توسعه یک استراتژی جدید برای تصحیح خطاهای پردازنده کوانتومی ناشی از نویز محیطی – یعنی هر عاملی مانند پرتوهای کیهانی یا میدان های مغناطیسی ، که با کیوبیت های یک کامپیوتر کوانتومی تداخل می کند و اطلاعات را خراب می کند.
مولر گفت که بیت های سیستم های کامپیوتری کلاسیک با کدهای تصحیح کننده خطا محافظت می شوند.
اطلاعات تکرار می شود تا اگر یک بیت “تغییر” کرد، بتوانید آن را شناسایی کرده و خطا را برطرف کنید.
برای اینکه محاسبات کوانتومی در حال حاضر و در آینده قابل اجرا باشد، باید راه‌هایی برای محافظت از کیوبیت‌ها به همان روش پیدا کنیم.
مولر گفت: «کلید تصحیح خطا، افزونگی است. “اگر من سه نسخه از یک بیت را ارسال کنم، می توانید با مقایسه بیت ها با یکدیگر متوجه شوید که آیا خطایی وجود دارد یا خیر.
ما زبانی را از رمزنگاری برای صحبت در مورد چنین استراتژی‌هایی قرض می‌گیریم و به مجموعه بیت‌های مکرر به عنوان «کلمه رمز» اشاره می‌کنیم.»
مولر و تیمش وقتی به کشف خود در مورد نظم اسپین گلس دست یافتند، به دنبال یک تعمیم بودند، که در آن از چند کلمه رمز برای نشان دادن اطلاعات یکسان استفاده می شود.
به عنوان مثال، در یک کد زیر سیستم، بیت “1” ممکن است به 4 روش مختلف ذخیره شود: 111; 100; 101; و 001.
مولر گفت: “آزادی اضافی که در کدهای زیرسیستم کوانتومی وجود دارد، فرآیند تشخیص و تصحیح خطاها را ساده می کند.”
محققان تاکید کردند که در آغاز این تحقیق صرفاً در تلاش برای ایجاد یک طرح حفاظت از خطا بهتر نبودند.
در عوض، آنها الگوریتم‌های تصادفی را مطالعه می‌کردند تا ویژگی‌های کلی همه این الگوریتم‌ها را بیاموزند.
مولر گفت: «جالب است که ما ساختار غیرمعمولی پیدا کردیم.
چشمگیرترین آن وجود این نظم شیشه‌ای بود که نشان می‌دهد اطلاعات پنهان اضافی در اطراف شناور است، که باید به نوعی برای محاسبات قابل استفاده باشد، اگرچه ما هنوز نمی‌دانیم چگونه.
