پژوهشگران یک روش محاسباتی پیشقدم را رونمایی کردند که به طور موثری هر حالت کوانتومی اولیه را به حالت هدف موردنظر تبدیل میکند، حتی زمانی که کوبیتها فقط میتوانند با ارتباط محدودی با هم تعامل داشته باشند. این نوآوری یکی از چالشهای اصلی در ساخت سیستمهای کوانتومی مقیاسپذیر را برطرف میکند: هماهنگی دقیق عملیات کوانتومی در شبکهای که نویز، تخریبساز و کانالهای ارتباطی محدود در آن وجود دارد، معمولاً مانع پیشرفت میشود.
در اصل، این روش الگوریتمهای تطبیقی را به کار میگیرد که به تدریج پالسهای کنترل را بر اساس بازخورد لحظهای از خود کوبیتها بهبود میبخشد. برخلاف رویکردهای سنتی که به توالیهای پیشتعریفشده تکیه دارند، این رویکرد مسیر بهینه را در همان لحظه یاد میگیرد، که اجازه میدهد با تغییرات در عملکرد سختافزار و اختلالات محیطی سازگار شود. در نتیجه، وفاداری آمادهسازی حالت به طور چشمگیری افزایش مییابد و نرخ خطاها زیر آستانههای مورد نیاز برای عملیات خطا‑اصحیح خطای ناپایدار قرار میگیرد.
یکی از نتایج هیجانانگیز این تکنیک تأثیر آن بر تولید برهمپیچیدگی است. با هدایت کارآمد دو کوبیت به حالتهای بهطور شدید برهمپیچیده مانند Bell یا GHZ، این روش زمان لازم برای تولید این منابع ضروری را کوتاه میکند. زمان کوتاهتر به معنای صرف کمتر زمان در حالت حساس و پرنویز است که در آن تخریبساز میتواند برهمپیچیدگی را تخریب کند. در نتیجه، برداشت جفتهای برهمپیچیده قابل استفاده در هر واحد زمان به ترتیب 10 برابر نسبت به پروتکلهای پیشین افزایش مییابد.
فراتر از برهمپیچیدگی، الگوریتم مسیرهای جدیدی برای محاسبات کوانتومی توزیعشده باز میکند. در آیندهای که پردازشگرهای کوانتومی به صورت فیزیکی جدا شده باشند—شاید در مراکز داده یا حتی در قارههای مختلف—قابلیت انجام تبدیلهای حالت با لینکهای محدود و نویزآلود ضروری میشود. روش ارائهشده در واقع بهعنوان یک پل ارتباطی عمل میکند، که امکان اجرای مدارهای کوانتومی پیچیده را در سراسر شبکه بدون قربانی کردن عملکرد فراهم میکند.
در حالی که کاربردهای فوری واضح است، پیامدهای بلندمدت آن عمیق است. با سادهسازی چشمانداز کنترل برای عملیات کوانتومی، این روش میتواند سرعت ادغام پردازشگرهای کوانتومی در زیرساختهای کلاسیک موجود را افزایش دهد. همچنین، یک پلتفرم انعطافپذیر برای بررسی کدهای خطا‑اصحیح نوآورانه که از طبیعت تطبیقی الگوریتم بهره میبرند، ارائه میدهد.
در حال حاضر، تیم پژوهشی با چندین تولیدکننده سختافزار کوانتومی همکاری میکند تا روش را در دستگاههای واقعی از جمله کوبیتهای نواپدایی و سیستمهای یون متصل آزمایش کنند. نتایج اولیه نشان میدهد که الگوریتم در برابر معماریهای مختلف مقاوم است، که نشاندهنده ابزار فراگیر برای صنعت کوانتومی آینده است.
به طور خلاصه، این پیشرفت محاسباتی نه تنها سطح برهمپیچیدگی را افزایش میدهد، بلکه پایهی عملی برای محاسبات کوانتومی مقیاسپذیر و توزیعشده را میریزد—چگونه میتوانیم بهدست آوردن کامل پتانسیل فناوری کوانتومی نزدیکتر شویم.