“کد بحرانی گربه شرودینگر” چیست؟
محاسبات کوانتومی از اصول مکانیک کوانتومی برای رمزگذاری و بسط داده ها استفاده می کند، به این معنی که روزی می تواند مشکلات محاسباتی را که با رایانه های فعلی حل نمی شود، حل کند. در حالی که دومی با بیت ها کار می کند که نشان دهنده 0 یا 1 است، کامپیوترهای کوانتومی از بیت های کوانتومی یا کیوبیت ها استفاده می کنند – واحدهای اساسی اطلاعات کوانتومی.
در سال‌های گذشته، دانشمندان از گربه شرودینگر الهام گرفتند تا یک تکنیک رمزگذاری به نام «کد گربه شرودینگر» بسازند. در اینجا، حالت‌های 0 و 1 کیوبیت بر روی دو فاز متضاد یک میدان الکترومغناطیسی نوسانی در یک حفره تشدید، مشابه حالت‌های مرده یا زنده گربه، کدگذاری می‌شوند.
ساوونا توضیح می دهد: «کدهای گربه شرودینگر در گذشته با استفاده از دو رویکرد متمایز تحقق یافته است. “یکی از اثرات ناهارمونیک در حفره استفاده می کند، دیگری به تلفات حفره ای که به دقت مهندسی شده است. منجر به افزایش قابلیت های سرکوب خطا می شود.” ایده اصلی این است که نزدیک به نقطه بحرانی یک انتقال فاز عمل کنیم، چیزی که بخش “بحرانی” کد حیاتی گربه به آن اشاره دارد.
کد بحرانی گربه یک مزیت اضافی دارد: مقاومت استثنایی در برابر خطاهایی که از جابجایی فرکانس تصادفی ناشی می‌شوند، که اغلب چالش‌های مهمی را برای عملیات‌های چند کیوبیت ایجاد می‌کند، نشان می‌دهد. این یک مشکل بزرگ را حل می کند و راه را برای تحقق دستگاه هایی با چندین کیوبیت متقابل هموار می کند – حداقل نیاز برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی.
بر خلاف بیت‌های کلاسیک، کیوبیت‌ها می‌توانند در یک «ابرجایگاه» از هر دو حالت 0 و 1 به طور همزمان وجود داشته باشند. این به رایانه‌های کوانتومی اجازه می‌دهد تا چندین راه‌حل را به طور همزمان بررسی کنند، که می‌تواند آنها را در کارهای محاسباتی به طور قابل توجهی سریع‌تر کند. با این حال، سیستم های کوانتومی ظریف و مستعد خطاهای ناشی از تعامل با محیط خود هستند.
بر اساس دیدگاه کپنهاگ مکانیک کوانتومی، اگر اتم در ابتدا در برهم نهی باشد، گربه همان حالت را به ارث می برد و خود را در برهم نهی زنده و مرده می بیند. ساوونا می‌گوید: «این حالت دقیقاً مفهوم بیت کوانتومی را نشان می‌دهد که در مقیاس ماکروسکوپی تحقق می‌یابد.
ساوونا می گوید: «ما در حال رام کردن گربه کوانتومی هستیم. “با عملکرد در یک رژیم ترکیبی، ما سیستمی را توسعه داده‌ایم که از پیشینیان خود پیشی می‌گیرد، که نشان‌دهنده یک جهش رو به جلو برای کیوبیت‌های گربه و محاسبات کوانتومی به طور کلی است. این مطالعه نقطه عطفی در مسیر ساخت رایانه‌های کوانتومی بهتر است و ویترین را به نمایش می‌گذارد. تعهد EPFL در پیشبرد زمینه علوم کوانتومی و باز کردن پتانسیل واقعی فناوری های کوانتومی.
در سال 1935، فیزیکدان اروین شرودینگر یک آزمایش فکری را به عنوان نقد درک غالب مکانیک کوانتومی در آن زمان – تفسیر کپنهاگ – پیشنهاد کرد. در آزمایش شرودینگر، یک گربه در یک جعبه مهر و موم شده با یک فلاسک سم و یک منبع رادیواکتیو قرار داده می شود. اگر یک اتم از منبع رادیواکتیو تجزیه شود، رادیواکتیویته توسط یک شمارنده گایگر تشخیص داده می‌شود که سپس فلاسک را می‌شکند. سم آزاد می شود و گربه را می کشد.
ساوونا می‌گوید: «توسعه استراتژی‌هایی برای محافظت یا کیوبیت در برابر آن یا شناسایی و تصحیح خطاها پس از وقوع، برای ایجاد امکان توسعه رایانه‌های کوانتومی مقاوم در برابر خطا در مقیاس بزرگ بسیار مهم است. آنها به همراه فیزیکدانان EPFL، لوکا گراوینا، و فابریزیو مینگانتی، با پیشنهاد یک “کد بحرانی گربه شرودینگر” برای انعطاف پذیری پیشرفته در برابر خطاها، به پیشرفت قابل توجهی دست یافتند. این مطالعه یک طرح رمزگذاری جدید را معرفی می‌کند که می‌تواند قابلیت اطمینان رایانه‌های کوانتومی را متحول کند.
