İnqrid Fadelli , Phys.org tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləriXətalara davamlı protokolumuzun konseptual icmalı. Avadanlıq miqyasını azaldan QLDPC kodlarını sürətli hesablamaya imkan verən birləşdirilmiş kodlarla birləşdirərək, aşağı xərc tələb edən xətalara davamlı kvant kompüteri əldə edirik. Müəllif: Şiro Tamiya.

Kvant mexaniki effektlərdən istifadə edərək məlumatları emal edən sistemlər olan kvant kompüterləri tezliklə bəzi mürəkkəb hesablama problemlərində klassik kompüterləri üstələyə bilər. Bu kompüterlər dolaşıqlıq kimi tanınan kvant mexaniki effekt vasitəsilə bir-biri ilə vəziyyətləri paylaşan kvant məlumat vahidləri olan kubitlərə əsaslanır.

Kubitlər ətraf mühitdəki səs-küyə çox həssasdırlar ki, bu da onların kvant vəziyyətlərini poza və hesablama səhvlərinə səbəb ola bilər. Beləliklə, kvant mühəndisləri xətaya davamlı kvant hesablamasına nail olmaq və ya başqa sözlə, kvant kompüterləri məlumatları emal edərkən yaranan səhvləri düzəltmək üçün effektiv strategiyalar hazırlamağa çalışırlar.

Mövcud yanaşmalar ya məntiqi kubit başına lazım olan əlavə fiziki kubit sayını (yəni, məkan xərclərini) azaltmaqla, ya da tək bir məntiqi əməliyyatı yerinə yetirmək üçün lazım olan fiziki əməliyyatların sayını (yəni, vaxt xərclərini) azaltmaqla işləyir. Daha miqyaslı sistemlərə və daha sürətli hesablamalara imkan verəcək hər iki məqsədə birlikdə effektiv şəkildə nail olmaq indiyə qədər çətin olub.

Tokio Universiteti və Nanofiber Quantum Technologies Inc.-dən olan tədqiqatçılar Nature Physics jurnalında dərc olunmuş məqalədə həm məkan, həm də zaman xərclərini aradan qaldırmaqla xətaya davamlı kvant hesablamasını təmin edə biləcək yeni bir protokol təqdim edirlər.

Yeni protokol, kvant səhvlərinin düzəldilməsi üçün kvant aşağı sıxlıqlı paritet yoxlaması (QLDPC) və birləşdirilmiş Steane kodları kimi tanınan iki fərqli kod növünü birləşdirir.

“Tədqiqatımız üçün ilham mənbəyi xətaya davamlı kvant hesablamasındakı fundamental bir dilemma: aparat miqyası ilə hesablama sürəti arasındakı münaqişədir”, – məqalənin ilk müəllifi Şiro Tamiya Phys.org-a bildirib.

“Texniki baxımdan, bu, məkan xərcləri (hər məntiqi kubit üçün fiziki kubitlərin sayı) ilə zaman xərcləri (hər məntiqi əməliyyat üçün fiziki əməliyyatların sayı) arasındakı güzəştə uyğundur.”

Məkan və zaman arasındakı güzəştin həlli

Adətən, xətaya davamlı kvant hesablamalarına nail olmaq üçün protokollar ya sürətli hesablamalara nail olur, ya da aparatın miqyasına görə səmərəliliyini artırır. Bu keyfiyyətlərdən birinin yaxşılaşdırılması digərinə mənfi təsir göstərir.

Sözdə səth kodlarına əsaslanan ənənəvi protokollar kimi sürətli hesablama və orta dərəcədə səmərəli aparat miqyaslılığına nail olur. Bunun əksinə olaraq, yüksək sürətli QLDPC kodlarına əsaslanan mövcud protokollar hesablamaları əhəmiyyətli dərəcədə yavaşlatmaqla yanaşı, aparat miqyasını azaltmağa meyllidir.

Tamiya dedi: ” Həmmüəlliflərimin son yanaşması, sıxılmış aparat miqyasını (sabit yerüstü yük) qoruyarkən sürəti artıran, lakin ənənəvi metodların performansına tam uyğun gəlməyən birləşdirilmiş kvant Hamminq kodlarına əsaslanırdı. Məqsədimiz bu dilemmanı nəhayət həll etmək idi.”

Tamiya və komanda nəticədə sistemin hesablama sürətini artırarkən basdırılmış aparat miqyasını qorumağın mümkün olduğunu sübut etdilər. Buna nail olmaq üçün onlar iki mövcud kvant kod növünü birləşdirən yeni bir “hibrid” protokol yaratdılar.

Tamiya izah etdi ki, “Kvant məlumatlarını səmərəli şəkildə saxlamaq üçün QLDPC kodlarından istifadə edirik, çünki onlar çox az fiziki kubit tələb edir”.

“Lakin, mürəkkəb quruluşlarına görə, QLDPC kodları üzərində məntiqi əməliyyatların yerinə yetirilməsi adətən çətindir. Bunun əksinə olaraq, birləşdirilmiş kodlar sürətli hesablamaya imkan verən sadə iç-içə quruluşa malikdir. Beləliklə, biz QLDPC kodları üzərində məntiqi əməliyyatların yerinə yetirilməsinə kömək edən köməkçi kvant vəziyyətlərini sürətlə yaratmaq üçün birləşdirilmiş kodlardan istifadə etdik.”

Tədqiqatçıların yanaşması, əsasən, istifadə etdikləri iki fərqli səhv düzəldici kod növünə fərqli rollar təyin edir. QLDPC kodları kubitləri səmərəli şəkildə saxlamaq üçün, hesablamalar aparmaq üçün isə birləşdirilmiş kodlardan istifadə olunurdu.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Uzun müddətdir davam edən bir problemə hibrid həll

İlkin sınaqlarda tədqiqatçılar tərəfindən hazırlanmış yeni protokolun hesablamalar aparmaq üçün tələb olunan kubitlərin sayını uğurla minimuma endirdiyi, eyni zamanda sistemin məlumat hesablaya biləcəyi sürəti maksimum dərəcədə artırdığı aşkar edilmişdir.

Tamiya dedi: “Fundamental baxımdan, işimiz xətaya davamlı kvant hesablamasında məkan-zaman kompromissi ilə bağlı uzun müddətdir açıq qalan bir suala cavab verir”.

“Əvvəllər məkan xərclərini minimuma endirmək üçün zaman xərcləri baxımından əhəmiyyətli bir fədakarlıq tələb edən bir dilemma var idi. Biz bu maneəni aşmağın mümkün olduğunu nümayiş etdirdik və həm məkan, həm də zaman baxımından aşağı xərclərə eyni vaxtda nail olmaq mümkün olduğuna dair yeni bir nəzəri anlayış yaratdıq.”

Komanda sabit məkan yükünün və poliloqarifmik tip yükün əldə edilməsinin mümkün olduğunu nümayiş etdirməklə yanaşı , protokolları üçün eşik teoremini də müəyyənləşdirdi. Bu, səs-küy səviyyəsi müəyyən bir eşikdən aşağı olduqda sistemin etibarlı hesablamalar aparmasını təmin edən riyazi bir teoremdir.

Tamiya izah etdi: “Bu teoremi sübut etmək üçün, QLDPC kodlarını və birləşdirilmiş kodları – fərqli səhv basdırma mexanizmlərinə malik iki fərqli kod növünü birləşdirən protokolumuzu təhlil etmək üçün vahid bir çərçivə təmin edən qismən dövrə azaldılması adlı yeni bir analitik texnika təqdim etdik “.

“Bundan əlavə, real vaxt rejimində kvant səhvlərinin düzəldilməsi üçün dekoderlərin işlədilməsinin hesablama dəyəri xətaya davamlı kvant hesablamasında əsas maneədir.”

Kvant texnologiyalarının inkişafına töhfə

Tamiya və həmkarlarının son işi tezliklə kvant kompüterlərinin ümumi performansını və səmərəliliyini artıra biləcək digər hibrid səhv korreksiyası həllərinin hazırlanmasına əsas verə bilər. Komanda nəzəri təhlillərdə yeni protokolun potensialını sübut etdi və gələcəkdə onu daha da təsdiqləməyi planlaşdırır.

Tamiya dedi: “Əvvəlki nəzəri işlərdən fərqli olaraq, tez-tez ani dekodlaşdırmanı nəzərdə tutan sübutumuz klassik dekodlaşdırmanın sonlu vaxt xərclərini və dekodlaşdırma prosesi zamanı toplanan səhvləri açıq şəkildə nəzərə alır. Xəta tolerantlığının bu real məhdudiyyətlər altında belə davam etdiyini təsdiqləməklə, praktik, genişmiqyaslı kvant kompüterlərinin qurulması üçün möhkəm nəzəri təməl təmin edirik.”

Tədqiqatçılar hazırda protokollarını təkmilləşdirməyə və gələcək sınaqlarda potensialını qiymətləndirməyə davam etməyi planlaşdırırlar. Gələcəkdə bu, real kvant hesablama sistemlərinə tətbiq oluna və real dünya ssenarilərində qiymətləndirilə bilər.

Tamiya əlavə edib ki , “Kvant kompüterlərinin qurulması yarışında ənənəvi olaraq superkeçirici kubitlər əsas diqqət mərkəzində olub. Lakin neytral atomlar və tələyə düşmüş ionlar kimi platformalar da indi çox diqqət çəkir, çünki onlar hamıya qoşulma təklif edirlər – bu xüsusiyyət bizimki kimi aşağı yüklü xətaya davamlı protokolların tətbiqini daha mümkün edir.

“Bu sistemlər atomların necə hərəkət etdirilə biləcəyinə və bu cür hərəkətlər üçün tələb olunan vaxta dair məhdudiyyətlər kimi unikal fiziki məhdudiyyətlərlə gəlir. Gələcək tədqiqatlar üçün əsas istiqamət nəzəriyyəmizlə bu eksperimental reallıqlar arasındakı boşluğu aradan qaldırmaq, protokolumuzu bu perspektivli aparat platformalarında tətbiq etmək üçün nəyin lazım olduğunu dəqiqləşdirməkdir.”

Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış, Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Egan tərəfindən faktlar yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmişdir — bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Daha çox məlumat: Şiro Tamiya və digərləri, Poliloqarifmik zaman və sabit fəza xərcləri ilə xətaya davamlı kvant hesablaması, Təbiət Fizikası (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-03102-5 .

Jurnal məlumatları: Təbiət Fizikası 

© 2026 Science X Network