تم استخدام معالج كمي 20 كيوبت لمحاكاة الطبيعة الكلاسيكية والكمية للتحولات الطورية غير المتوازنة. تم تنفيذ هذا العمل من قبل باحثين في الولايات المتحدة وكندا، الذين استخدموا معالجًا مصنوعًا من قبل الكميات، ومقرها في المملكة المتحدة والولايات المتحدة. يشير نجاح الفريق إلى أن المعالجات الكمومية صغيرة الحجم قد تتمكن قريبًا من حل بعض المشكلات التي تتجاوز قدرة أجهزة الكمبيوتر التقليدية، وهو إنجاز يسمى الميزة الكمية. ويمكن استخدام هذه الميزة في مجالات تشمل المواد المكثفة، والبصريات الكمومية، وعلم القياس.
فضلا عن كونها ركيزة أساسية في الفيزياء، فإن التحولات الطورية هي جزء من حياتنا اليومية - فكر في تبخر السوائل إلى غاز أو تكوين الجليد من الماء السائل. لقد درس الفيزيائيون التحولات الطورية لسنوات عديدة وطوروا فهمًا جيدًا للعمليات ذات الصلة عندما تكون الأنظمة في حالة توازن ديناميكي حراري. لكن في الأنظمة البعيدة عن التوازن، يصبح الوضع أكثر تعقيدًا. وإذا كانت هذه الأنظمة كمومية بطبيعتها، فهي معقدة للغاية بحيث لا يمكن محاكاتها باستخدام الأساليب الحسابية التقليدية.
هذا هو المكان الذي يمكن أن تأتي فيه أجهزة الكمبيوتر الكمومية للإنقاذ. من حيث المبدأ، سوف تتفوق المعالجات الكمومية على أجهزة الكمبيوتر التقليدية عند إجراء بعض العمليات الحسابية المعقدة. ومع ذلك، ما زلنا بعيدين عن إنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية واسعة النطاق يمكنها تشغيل خوارزميات كبيرة. وهذا يتطلب تكامل عدة آلاف إلى مليون بت الكم (qubits)، والمعالجات الكمومية اليوم لا تدمج سوى جزء صغير من هذا. التحدي المهم الآخر الذي يواجه أولئك الذين يقومون ببناء أجهزة الكمبيوتر الكمومية هو أن الكيوبتات الحالية صاخبة، وبالتالي فهي عرضة للأخطاء التي تدمر الحسابات الكمومية بسرعة.
تقنيات ذكية
هذا القصور لم يمنع الباحثين من استخدام تقنيات ذكية لتحقيق أقصى استفادة من تقنيات الكيوبت الحالية.
الآن، استخدم الباحثون في Quantinuum، وجامعة تكساس في أوستن، وجامعة برينستون، وجامعة كولومبيا البريطانية المعالج الكمي H1-1 الخاص بـ Quantinuum لحساب نموذج أحادي الأبعاد للتحولات الطورية غير المتوازنة. يشتمل هذا المعالج على 1 كيوبتًا من الأيونات المحاصرة.
يهتم النموذج بعملية الترشيح الموجه (DP)، والتي تحدث عندما يتم ترشيح السائل باستخدام الجاذبية لتمريره عبر مادة مسامية. يكون انتقال المرحلة ذات الصلة من الحالة النفاذية (الترشيحية) إلى الحالة غير النفاذية (غير الترشيحية). ووصف الباحثون التطور الزمني للنظام باستخدام نموذج زمني منفصل يستخدم أيضًا لمحاكاة انتشار أمراض الاتصال.
معالج متواضع
في حين أن المعالج H1-1 يقدم عددًا متواضعًا من الكيوبتات، إلا أن معدلات الخطأ في الكيوبتات منخفضة. علاوة على ذلك، تم استخدام طريقة تسمى إعادة استخدام الكيوبت لتحويل المعالج الكمي ذو 20 كيوبت بشكل فعال إلى معالج يضم 73 كيوبت. تم استخدام تقنيات تجنب الأخطاء للتعامل مع ضوضاء الكيوبت. وتضمن ذلك إجراء قياسات عند مستويات مختلفة من الضوضاء، بما في ذلك بعض القياسات التي يتم إدخالها عن قصد. إن النظر في هذه المستويات المتباينة معًا سمح للباحثين باستقراء ما يصل إلى الصفر من الضوضاء.
تم إجراء عمليات محاكاة زمنية منفصلة على جانبي المرحلة الانتقالية وبالقرب من النقطة الحرجة. أظهرت نتائج عمليات المحاكاة هذه دليلاً على انتقال مرحلة DP لكل من الإصدارات الكلاسيكية والكمية من النموذج.
وفي حين أن هذه الحسابات اقتربت من تحقيق الميزة الكمية، إلا أنه لا يزال من الممكن إجراؤها على جهاز كمبيوتر تقليدي. لكن المهم هو أن الباحثين طوروا الأدوات المناسبة لتوسيع نطاق العمليات الحسابية لتعمل على معالجات كمومية أكبر. ويقول الباحثون إنه يمكن الوصول إلى الميزة الكمية من خلال زيادة متواضعة فقط في عدد الكيوبتات وانخفاض طفيف في معدلات الخطأ. وهذا من شأنه أن يمهد الطريق لإجراء حسابات من شأنها أن توفر نظرة ثاقبة لعمليات عدم التوازن في مجالات مثل المادة المكثفة، والبصريات الكمومية، وعلم القياس.
مشكلة الأبعاد العليا
ديفيد هايزيقول أحد كبار مديري البحث والتطوير في شركة Quantinuum، إن البحث يشير إلى أننا لسنا بحاجة إلى انتظار أجهزة الكمبيوتر الكمومية الضخمة التي ستكون على بعد 10 سنوات. وبدلاً من ذلك، يقول إن تخفيف الأخطاء موجود لتبقى، وسيكون جزءًا من تطبيقات الحوسبة الكمومية في المستقبل المنظور. ويضيف أن الفريق يرغب في دفع أبحاثه إلى أبعد من ذلك على جبهتين على الأقل. أولاً، يهدفون إلى تحقيق معدلات خطأ أقل على حاسوبهم الكمي. ثانيًا، سوف يعالجون مشكلة ذات أبعاد أعلى، والتي ستكون أكثر فائدة لإظهار ميزة كمية. ويشير إلى أن هذا سيتطلب عدداً أكبر من الكيوبتات مما تستطيع H1-1 دعمه.
تتحد شركة Honeywell Quantum Solutions وشركة Cambridge Quantum Computing لتشكيل شركة Quantinuum
ايجور ليسانوفسكي هو فيزيائي في جامعة توبنغن في ألمانيا ولم يشارك في هذا البحث. وهو يعتقد أن البحث يوضح بشكل جيد نوع الأسئلة التي يمكن للكمبيوتر الكمي الإجابة عليها في المستقبل - على وجه الخصوص، التحقيق في تأثير التأثيرات الكمومية على خصائص العديد من الأجسام الناشئة مثل التحولات الطورية. تظهر هذه التأثيرات الناشئة فقط في أنظمة كبيرة بما فيه الكفاية وفي أوقات طويلة بما فيه الكفاية، مما يجعل الدراسات التجريبية والنظرية صعبة.
يقول ليسانوفسكي إن العمل "مثير للإعجاب حقًا" لأنه يُظهر بشكل لا لبس فيه توقيعات انتقال طور غير متوازن على جهاز كمي ويستخرج الأسس الحرجة. ومن أجل تسليط الضوء على بعض الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها، يأمل أن يتم توسيع التقنيات لدراسة الأنظمة الكمومية الكبيرة على مدى فترات طويلة جدًا.
تم وصف البحث في فيزياء الطبيعة.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://physicsworld.com/a/scalable-quantum-processor-simulates-non-equilibrium-phase-transitions/
