پژوهشگران در آزمایشی جدید توانستند عملکرد یک رایانه کوانتومی واقعی را در مسئلهای بهگونهای ارزیابی کنند که سقف عملکرد رایانههای کلاسیک در آن از نظر ریاضی مشخص است؛ نتیجه نشان داد سامانه کوانتومی شرکت Quantinuum در آزمایشهای انجامشده از این محدودیت عبور کرده و با افزایش اندازه مسئله، فاصله عملکرد آن با راهکارهای کلاسیک بیشتر شده است.
به گزارش سیناپرس، این پژوهش با هدف پاسخ به یکی از چالشهای مهم رایانش کوانتومی، یعنی چگونگی راستیآزمایی توان واقعی رایانههای کوانتومی، انجام شده است. نتایج این مطالعه پنجم سپتامبر ۲۰۲۶ در نشریه Nature Communications منتشر شد.
رایانههای کوانتومی به دلیل استفاده از کیوبیتها و ویژگیهایی مانند برهمنهی کوانتومی میتوانند برخی مسائل را به شیوهای متفاوت از رایانههای کلاسیک پردازش کنند. با این حال، اثبات اینکه یک رایانه کوانتومی واقعاً در یک مسئله مشخص از رایانههای کلاسیک فراتر رفته، خود میتواند دشوار باشد؛ زیرا در برخی موارد بررسی نتیجه کوانتومی نیازمند محاسبات کلاسیکی بسیار سنگینی است.
پژوهشگران برای حل این مشکل، آزمونی مبتنی بر مسئلهای به نام نمونهبرداری مکمل (Complement Sampling) طراحی کردند. در این آزمون، پاسخهای ممکن به دو گروه تقسیم میشوند و سامانه باید با دریافت نمونهای از یک گروه، نمونهای متعلق به گروه دیگر ارائه کند.
نکته کلیدی این است که پژوهشگران توانستهاند برای بهترین راهکارهای کلاسیک در این مسئله، یک حد عملکردی ریاضی و اثباتشده تعیین کنند. بنابراین عملکرد رایانه کوانتومی را میتوان بدون تکیه بر فرضهای حلنشده درباره دشواری محاسبات کلاسیک، با این حد مقایسه کرد.
آزمایش روی رایانه کوانتومی واقعی
این آزمون روی رایانههای کوانتومی H2 شرکت Quantinuum که از فناوری یونهای بهدامافتاده استفاده میکنند، اجرا شد. پژوهشگران هزاران مدار مختلف را آزمایش کردند و اندازه آزمایشها را تا ۵۵ کیوبیت افزایش دادند.
نتایج نشان داد عملکرد سامانه کوانتومی در آزمایشها بهطور مداوم بالاتر از سقف تعیینشده برای راهکارهای کلاسیک قرار گرفت. با افزایش اندازه مسئله نیز فاصله میان عملکرد کوانتومی و حد کلاسیک بیشتر شد و پژوهشگران از یک نقض نمایی محدودیت کلاسیک سخن گفتند.
البته عملکرد سامانه واقعی با مدل ایدهآل نظری تفاوت داشت. افزایش تعداد عملیات کوانتومی باعث افزایش اثر نویز سختافزاری شد، اما این نویز مانع عبور نتایج از حد کلاسیک تعیینشده نشد. در بزرگترین آزمایش گزارششده، با رشتههای ۳۷ بیتی، سامانه به عملکرد ایدهآل نظری نرسید، اما همچنان فاصله قابل توجهی با عملکرد مجاز برای راهکارهای کلاسیک نشان داد.
پژوهشگران تأکید دارند که اهمیت این آزمایش صرفاً در نشاندادن عملکرد یک رایانه کوانتومی نیست؛ بلکه آزمون طراحیشده روشی برای راستیآزمایی کارآمد و مقیاسپذیر سختافزارهای کوانتومی فراهم میکند.
با این حال، آزمایش محدودیتهایی نیز داشت. در این مطالعه، بخش مربوط به انتخاب ورودی و بخش مربوط به ارائه پاسخ روی یک رایانه کوانتومی اجرا شدند و برای شبیهسازی کانال ارتباطی میان آنها از تلهپورت کوانتومی استفاده شد. پژوهشگران میگویند در آزمایشهای آینده میتوان این دو بخش را روی رایانههای کوانتومی جداگانه اجرا و از یک کانال ارتباطی کوانتومی واقعی استفاده کرد.
این پژوهش در مجموع یک روش جدید برای بررسی تجربی تفاوت میان محاسبات کوانتومی و کلاسیک ارائه میکند؛ روشی که به گفته پژوهشگران به فرضهای اثباتنشده درباره سختی محاسبات کلاسیک وابسته نیست و میتواند با افزایش مقیاس آزمایش نیز مورد استفاده قرار گیرد.نتایج این مطالعه در نشریه Nature Communications منتشر شده است.
گزارش:سروش ساده