گربه شرودینگر یک آزمایش فکری است که در آن یک رویداد کوانتومی گربه را در یک جعبه در وضعیتی ناخوشایند بین مرگ و زندگی معلق می کند: گربه فقط وقتی کسی به جعبه نگاه کند قطعاً زنده یا مرده می شود. اکنون آمازون از طرح نظری جدیدی برای رایانه کوانتومی مبتنی بر ترکیب نسخه های سخت افزاری بسیاری از گربه های شرودینگر رونمایی کرده است.
رایانه های کلاسیک ترانزیستورها را روشن یا خاموش می کنند تا نماد داده ها را به عنوان یک یا صفر نشان دهند ، در حالی که رایانه های کوانتومی از بیت های کوانتومی – کیوبیت ها استفاده می کنند که به دلیل ماهیت سورئال فیزیک کوانتوم ، می توانند در یک حالت برهم نهی وجود داشته باشند که هر دو همزمان۱ و ۰ باشند . این فرآیند در اصل این اجازه می دهد تا هر کیوبیت دو محاسبه را به طور همزمان انجام دهد.
اگر دو کیوبیت از نظر مکانیکی کوانتومی به هم پیوسته باشند یا در هم گره خورده باشند ، می توانند به انجام همزمان ۲ ^ ۲ یا چهار محاسبه کمک کنند. سه کیوبیت ، ۲ ^ ۳ یا هشت محاسبه ؛ و الی آخر ، یک کامپیوتر کوانتومی با ۳۰۰ کیوبیت می تواند محاسبات بیشتری را در یک لحظه تا اتم های موجود در جهان مرئی انجام دهد
یک اشکال مهم در رایانه های کوانتومی فعلی این است که چگونگی عملکرد داخلی آنها مستعد خطا است. اسکار پینتر رئیس برنامه سخت افزاری کوانتومی آمازون وب (AWS) و یک فیزیکدان تجربی در انستیتوی فناوری کالیفرنیامی گوید: “اگر به شکاف میزان خطا توجه کنید که اکنون سخت افزار در کجاست و برای رفع مشکلات در مقیاس بزرگ با منافع شناخته شده اجتماعی و تجاری ، باید در حدود ۹ مرتبه فاصله وجود داشته باشد.”
دانشمندان می توانند این میزان خطاهای بالا را با استفاده از کیوبیت های اضافی جبران کنند. با این حال ، چنین استراتژی هایی از نظر سخت افزاری معمولاً سربارهای بالایی را می طلبند – به عنوان مثال ، ممکن است برای هر کیوبیت مفید “منطقی” به بیش از ۱۰۰۰ کیوبیت “فیزیکی” اضافی نیاز داشته باشند.
استراتژی دیگر شامل طراحی رایانه های کوانتومی است که ذاتاً در برابر خطا پایدار هستند. اکنون مرکز رایانه های کوانتومی AWS طرح نظری برای یک کامپیوتر کوانتومی مقاوم در برابر خطا منتشر کرده است که ذاتاً منبع اصلی خطاها را سرکوب می کند.
دانشمندان می توانند با استفاده از تقریباً هر جفت حالت یک سیستم کوانتومی – به عنوان مثال ، دو مولکول که از نظر انرژی به طور بالقوه متفاوت هستند ، یک کیوبیت را رمزگذاری کنند. طرح جدید آمازون متکی به انتخاب استفاده از به اصطلاح “حالت های گربه ای” است که متشکل از جفت محدوده هایی است که در مقابل یکدیگر قرار دارند به عنوان وضعیت زندگی و مرگ که گربه شرودینگر اصلی تجربه کرده است.
عنصر اصلی طراحی رایانه کوانتومی آمازون نوسانی است که به صورت منسجم در جریان است – یعنی نوسانات به صورت فاز یا مرحله قفل حرکت می کنند. حالت های گربه برهم نهی دو مجموعه منسجم از نوسانات با فازهای مخالف در یک نوسان ساز یکسان است.
یافته های اخیر نشان داد دانشمندان می توانند کیوبیت های مبتنی بر حالت گربه را در برابر تلنگر بیت بسیار مقاوم سازند ، این منبع معمول خطا در هنگام چرخش حالت کیوبیت از ۱ به ۰ یا برعکس است.
این استراتژی هنگامی که سوئیچ بین یکی از دو مرحله مخالف باشد ، گربه کیوبیت را در برابر یک منبع خطای متفاوتی که به عنوان فلیپ فاز شناخته می شود ، آسیب پذیرتر می کند. با این حال ، آمازون خاطرنشان می کند که سپس می تواند از کدهای تصحیح خطای کوانتومی برای جبران این خطاها برای کمک به توسعه یک کامپیوتر کوانتومی مقاوم در برابر خطا استفاده کند.
پینتر می گوید: “با تمرکز بر روی فقط یک نوع خطا به جای دو مورد ، این امر به طور قابل توجهی هزینه اضافی مورد نیاز در کد را کاهش می دهد.” “این سودی بزرگ محسوب است.”
طرح جدید آمازون پیشنهاد کرده است که از نانوساختارهای پیزوالکتریک به عنوان اسیلاتورها استفاده شود ، زیرا آنها بسیار جمع و جور هستند. با این حال ، محققان خاطرنشان کردند که کارهای زیادی برای انسجام و اطمینان کافی آنها انجام شده است. آنها اضافه می کنند که استراتژی جدید آنها همچنین می تواند از تشدید کننده های ذخیره سازی ابررسانا به عنوان اسیلاتورها ، یک فناوری بالغ تر استفاده کند.
پینتر می گوید: “ما هم اکنون در حال بررسی انبوهی از گزینه های مختلف هستیم.” “هنوز این فناوری در اوایل توسعه خود است.
فرناندو براندائو ، رئیس برنامه الگوریتم های کوانتومی AWS و یک فیزیکدان نظری در انستیتوی کالیفرنیا ، می گوید: محققان تخمین می زدند که استراتژی آنها برای پیشی گرفتن از یک کامپیوتر کلاسیک ممکن است به سخت افزار دیگری نیاز داشته باشد تا از شبیه سازی مدل هوبارد ، الگوریتمی کوانتومی که الکترون های بسیار متقابل را توصیف می کند، بهتر باشد. او اضافه می کند، این برنامه در تجزیه و تحلیل نه تنها طراحی باتری ، بلکه ابررساناهای دمای بالا ، مواد توپولوژیکی “و سایر مواد کوانتومی عجیب و غریب که ممکن است مواد سازنده فناوری های آینده باشند” کاربرد دارد.
