Η Επίδειξη Λείαν Σέρξης Προωθεί την Αξιοπιστία στην Κβαντική Υπολογιστική

Μια ομάδα επιστημόνων, υπό την ηγεσία ερευνητών του ETH Zurich, παρουσίασε πρόσφατα έναν τρόπο σύζευξης κβαντικών bits μέσω λείαν σέρξης. Η διαδικασία επιτρέπει στους μηχανικούς να δημιουργούν πιο ισχυρούς κβαντικούς υπολογιστές, επεκτείνοντας τις ήδη εντυπωσιακές δυνατότητες αυτών των συσκευών και ανοίγοντας το δρόμο για μελλοντική υιοθέτηση. Αυτό είναι ό,τι πρέπει να γνωρίζετε.

Τι Κάνει τους Κβαντικούς Υπολογιστές Θεμελιωδώς Διαφορετικούς

Οι κβαντικοί υπολογιστές θεωρούνται από πολλούς το επόμενο βήμα στην εξέλιξη των υπολογιστών. Αυτές οι συσκευές μπορούν να προσφέρουν χιλιάδες φορές μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ, καθιστώντας τες ιδανικές για σύνθετους επιστημονικούς υπολογισμούς και άλλα.

Οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν αποδείξει ότι είναι πολύ πιο ισχυροί από τους παραδοσιακούς υπολογιστές. Υπερτερούν επειδή βασίζονται σε κβαντικά bits (qubits), υπερθέσεις, σύζευξη και παρεμβολή για την επεξεργασία πληροφοριών. Αυτή η δομή επιτρέπει την εκτέλεση εκατομμυρίων υπολογισμών παράλληλα.

Γιατί η Διόρθωση Σφαλμάτων στην Κβαντική Υπολογιστική Είναι το Κύριο Σημείο Που Περιορίζει

Ωστόσο, όταν πρόκειται για αποθήκευση κβαντικών δεδομένων, είναι πολύ πιο δύσκολο από τα παραδοσιακά bits, τα οποία μπορούν να αντιγραφούν και να αποθηκευτούν. Όταν ανακτώνται, τα αντίγραφα μπορούν να συγκριθούν για να διασφαλιστεί ότι τα δεδομένα δεν έχουν διαφθαρεί.

Η διόρθωση σφαλμάτων στην κβαντική υπολογιστική είναι πολύ πιο πολύπλοκη για διάφορους λόγους. Πρώτον, τα κβαντικά bits δεν μπορούν να αντιγραφούν με τον ίδιο τρόπο όπως τα παραδοσιακά bits. Αντίθετα, βασίζονται σε καταστάσεις σύζευξης που δημιουργούνται μεταξύ των qubits. Αυτή η ευαίσθητη κατάσταση μπορεί να καταστραφεί εύκολα.

Αναστροφές Bit και Φάσης

Επιπλέον, οι κβαντικοί υπολογιστές πρέπει να αντιμετωπίζουν την αποσυμφόρηση και τις μετατοπίσεις φάσης. Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι μοναδικοί επειδή τα qubits μπορούν ξαφνικά και χωρίς προειδοποίηση να αλλάξουν τη φάση τους από θετική σε αρνητική. Αυτό το πρόβλημα έχει κάνει την αποθήκευση κβαντικών δεδομένων για μεγάλα χρονικά διαστήματα πιο δύσκολη.

Πώς οι Μηχανικοί Διορθώνουν Αυτό το Ζήτημα

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους οι μηχανικοί έχουν προσπαθήσει να διορθώσουν αυτές τις κβαντικές μετατοπίσεις. Μία δημοφιλής μέθοδος είναι η δημιουργία ενός λογικού qubit από διάφορα άλλα qubits. Μόλις δημιουργηθεί, οι μηχανικοί εφαρμόζουν συνεχώς διόρθωση σφαλμάτων για να εξασφαλίσουν την ακρίβεια.

Αυτή η διαδικασία απαιτεί από τους επιστήμονες να μετρούν συνεχώς την κατάσταση των ειδικά κατασκευασμένων σταθεροποιητών. Αυτοί οι σταθεροποιητές επιτρέπουν στους μηχανικούς να παρακολουθούν τυχόν αλλαγές στο qubit χωρίς να αλλάζουν την τιμή του. Το επιτυγχάνουν παρέχοντας αναγνώσιμες εξόδους bit και φάσης.

Αυτή η διαδικασία δημιουργεί qubits δεδομένων. Αυτά τα qubits εξυπηρετούν τον σκοπό της αποθήκευσης της κατάστασης διόρθωσης. Προβλήματα προκύπτουν επειδή οι περισσότεροι κβαντικοί υπολογιστές βασίζονται σε δισδιάστατους πίνακες υπεραγωγικών qubits.

Αυτά τα qubits παραμένουν κλειδωμένα στο χώρο και δεν μπορούν να μετακινηθούν χωρίς να καταστραφεί η κβαντική κατάσταση. Οι σταθεροποιητές βοηθούν στη διατήρηση της σταθερότητας. Ωστόσο, μπορούν να λειτουργούν μόνο σε qubits που είναι γειτονικά μεταξύ τους, πράγμα που τα καθιστά ιδανικά μόνο για δισδιάστατες εφαρμογές qubit και πολύ περιορισμένα στην εφαρμογή τους.

Μελέτη Λείαν Σέρξης σε Κβαντικά Bits

Αναζητώντας τη βελτίωση των δυνατοτήτων κβαντικής υπολογιστικής, επιστήμονες από το ETH Zurich και το Ινστιτούτο Paul Scherrer δημοσίευσαν τη μελέτη «Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits¹» στο Nature Physics.

Το άρθρο παρουσιάζει μια νέα μεθοδολογία για κβαντική σύζευξη και σταθεροποιητές. Η νέα τους προσέγγιση επιτρέπει στους κβαντικούς υπολογιστές να εκτελούν κβαντικές λειτουργίες μεταξύ λογικών υπεραγωγικών qubits ενώ πραγματοποιούν διόρθωση σφαλμάτων σε πραγματικό χρόνο.

Τι Είναι η Λείαν Σέρξη στην Κβαντική Υπολογιστική;

Στον πυρήνα αυτής της νέας εξέλιξης βρίσκεται η λείαν σέρξη. Η λείαν σέρξη συνδέει τοπολογικούς κώδικες μεταξύ λογικών qubits. Αυτή η προσέγγιση υποστηρίζει διατάξεις 2D qubits μαζί με λειτουργίες πυλών αξιόπιστης λειτουργίας.

Με τη χρήση της λείαν σέρξης, οι μηχανικοί μπόρεσαν να εφαρμόσουν λογικές πύλες μεταξύ κωδικοποιημένων qubits ακόμη και όταν δεν βρίσκονταν δίπλα-δίπλα. Αυτή η στρατηγική αποφεύγει την άμεση επαφή των qubits, μειώνοντας τα σφάλματα από αποσυμφόρηση.

Η λείαν σέρξη βασίζεται στη χρήση «patches», που είναι qubits με εφαρμοσμένους σταθεροποιητές. Η διαδικασία ενώνει προσωρινά αυτές τις πύλες, επιτρέποντας ελέγχους ισοτιμίας και έναν μεγαλύτερο χώρο κώδικα για επεξεργασία. Σημαντικό είναι ότι αυτή η εργασία αποτελεί μία από τις πρώτες πειραματικές επιδείξεις λείαν σέρξης μεταξύ κωδικοποιημένων λογικών qubits χρησιμοποιώντας υλικό surface‑code υπεραγωγικών qubits, διατηρώντας παράλληλα τη διόρθωση σφαλμάτων σε πραγματικό χρόνο.

Πώς Πραγματοποιήθηκε το Πείραμα Λείαν Σέρξης

Οι μηχανικοί πραγματοποίησαν πολλές δοκιμές για να εξασφαλίσουν ότι οι υπολογισμοί τους ήταν σωστοί. Πρώτα, η ομάδα δημιούργησε μια κβαντική συσκευή. Η λογική πύλη αποτελούνταν από 17 υπεραγωγικά qubits διατεταγμένα σε ένα ακανόνιστο τετράγωνο σχήμα.

Αφού συνέλθηκαν δύο, οι μηχανικοί εστίασαν στις λειτουργίες διαίρεσης. Για να το πετύχουν, κωδικοποίησαν τα λογικά qubits με επαναλήψεις αναστροφής bit. Στη συνέχεια παρακολουθούσαν τα αποτελέσματα των σταθεροποιητών κάθε 1.66 μικροδευτερόλεπτα, ενώ ταυτόχρονα εκτελούσαν διορθώσεις αναστροφής bit και φάσης.

Η μέθοδος διαιρεί το τετράγωνο του surface code σε μισά, καθιστώντας πιο εύκολο τον εντοπισμό και τη δοκιμή. Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι οι θεωρίες τους ήταν σωστές.

Λείαν Σέρξη σε Κβαντικά Bits – Αποτελέσματα Δοκιμών

Οι μηχανικοί παρατήρησαν ότι τα σφάλματα αναστροφής bit διορθώθηκαν σε πραγματικό χρόνο. Κατέγραψαν βελτίωση σε σχέση με μη‑κωδικοποιημένα κυκλώματα υπό την ίδια διαδικασία, με αποτέλεσμα οι μηχανικοί να δημιουργήσουν επιτυχώς δύο λογικά qubits που ήταν σύζευγμένα μεταξύ τους.

Οφέλη της Λείαν Σέρξης σε Κβαντικά Bits

Υπάρχουν πολλά οφέλη που προσφέρει αυτή η μελέτη στην αγορά. Κατ’ αρχάς, ανοίγει το δρόμο για πιο ισχυρούς και ακριβείς κβαντικούς υπολογιστές. Η δυνατότητα μείωσης και κωδικοποίησης της αξιοπιστίας και των διορθώσεων σε αυτές τις συσκευές θα επιτρέψει σε μελλοντικές εκδόσεις να προσφέρουν μεγαλύτερη απόδοση και σταθερότητα.

Λείαν Σέρξη σε Κβαντικά Bits: Πραγματικές Εφαρμογές & Χρονοδιάγραμμα

Υπάρχουν αρκετές εφαρμογές για αυτή τη δουλειά. Κυρίως, αυτή η έρευνα θα βοηθήσει στην επέκταση και βελτίωση του αναδυόμενου τομέα των κβαντικών υπολογιστών. Παρέχει ένα νέο επίπεδο σταθερότητας σε αυτές τις συσκευές, επιτρέποντας στους μηχανικούς να δημιουργούν πιο ισχυρές μονάδες που βασίζονται σε ακόμη περισσότερα qubits για την εκτέλεση λειτουργιών.

Χρονοδιάγραμμα Λείαν Σέρξης σε Κβαντικά Bits

Σύμφωνα με τους μηχανικούς, υπάρχει ακόμη πολύ δουλειά πριν αυτή η τεχνολογία είναι έτοιμη και εφαρμοστέα στα σημερινά προχωρημένα κβαντικά συστήματα. Ωστόσο, μπορείτε να περιμένετε να δείτε αυτή την τεχνολογία να εφαρμόζεται στον κλάδο μέσα στα επόμενα 7‑10 χρόνια, μαζί με μεγαλύτερη υιοθέτηση κβαντικών υπολογιστών.

Λείαν Σέρξη σε Κβαντικά Bits: Ερευνητές

Ερευνητές από αρκετά εξέχοντα ιδρύματα συμμετείχαν σε αυτή τη μελέτη. Συγκεκριμένα, ο καθηγητής D‑PHYS Andreas Wallraff ηγήθηκε του ερευνητικού άρθρου, ενώ ο καθηγητής Markus Müller του RWTH Aachen University και του Forschungszentrum Jülich συνέγραψαν το έργο.

Το άρθρο αναφέρει επίσης τους Ilya Besedin, Michael Kerschbaum, Jonathan Knoll, Ian Hesner, Lukas Bödeker, Luis Colmenarez, Luca Hofele, Nathan Lacroix, Christoph Hellings, François Swiadek, Alexander Flasby, Mohsen Bahrami Panah και Dante Colao Zanuz ως συνεισφέροντες.

Μελλοντική Προοπτική της Λείαν Σέρξης σε Κβαντικά Bits

Το μέλλον αυτής της τεχνολογίας είναι φωτεινό. Ο στόχος είναι η ενσωμάτωση της με άλλες πρόσφατες προόδους για να βοηθήσει τους μηχανικούς να επιτύχουν τον γενικό τους στόχο: την κατασκευή χρήσιμων κβαντικών υπολογιστών που θα βασίζονται σε χιλιάδες qubits αντί για δεκάδες.

Επένδυση στην Καινοτομία της Κβαντικής Υπολογιστικής

Ο κλάδος της κβαντικής υπολογιστικής κυριαρχείται από αρκετές ερευνητικές εταιρείες που έχουν επενδύσει εκατομμύρια στην τεχνολογία. Αυτές οι ομάδες συνεχίζουν να εμβαθύνουν στην τεχνολογία με καινοτόμο πνεύμα, βοηθώντας στην αποκάλυψη προσεγγίσεων που προηγουμένως θεωρούνταν αδύνατες. Εδώ είναι μια εταιρεία που έχει συμβάλει στην προώθηση μελλοντικών εξελίξεων και υιοθέτησης.

Rigetti Computing

Η Rigetti Computing (RGTI ) ιδρύθηκε το 2013 από τον Chad Rigetti με τον συγκεκριμένο στόχο να κατασκευάσει τους πιο ισχυρούς στον κόσμο κβαντικούς υπολογιστές χρησιμοποιώντας τεχνολογία υπεραγωγικών qubits. Σε αντίθεση με την IonQ, η οποία χρησιμοποιεί παγιδευμένα ιόντα, η εστίαση της Rigetti σε υπεραγωγικά κυκλώματα ευθυγραμμίζεται πιο στενά με την έρευνα του ETH Zurich που αφορά τη λείαν σέρξη σε λογικά υπεραγωγικά qubits.

Το 2018, η Rigetti παρουσίασε ένα chip 128‑qubit, και η εταιρεία έχει από τότε πρωτοπορήσει στην ανάπτυξη «Full‑Stack» κβαντικής υπολογιστικής. Αυτό περιλαμβάνει την εγκατάσταση Fab‑1, το πρώτο στον κόσμο αφιερωμένο κβαντικό foundry, όπου σχεδιάζουν και κατασκευάζουν τους δικούς τους κβαντικούς επεξεργαστές.

Η Rigetti έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο στην υβριδική κβαντική‑κλασική υπολογιστική. Η πλατφόρμα Quantum Cloud Services (QCS) ενσωματώνει κβαντικούς επεξεργαστές με υποδομή υψηλής απόδοσης κλασικών υπολογιστών, μια αναγκαιότητα για τη διόρθωση σφαλμάτων σε πραγματικό χρόνο που συζητείται στην τρέχουσα έρευνα. Το 2021, η Rigetti έγινε δημόσια μέσω συγχώνευσης με την Supernova Partners Acquisition Company II, καταχωριζόμενη στο NASDAQ.

Σήμερα, η Rigetti αναπτύσσει ενεργά τα συστήματα κλάσης Ankaa, τα οποία χρησιμοποιούν ένα τετράγωνο πλέγμα ρυθμιζόμενων συνδέσεων. Αυτή η αρχιτεκτονική σχεδιάστηκε ειδικά για να υποστηρίζει τον τύπο των αξιόπιστων λειτουργιών και της κωδικοποίησης λογικών qubits που επιδείχθηκε στην πιο πρόσφατη μελέτη του ETH Zurich.

Τελευταία Νέα και Απόδοση της Rigetti Computing (RGTI)

Λείαν Σέρξη σε Κβαντικά Bits | Συμπέρασμα

Οι κβαντικοί υπολογιστές υπόσχονται απαράμιλλη υπολογιστική ισχύ, αλλά η ευθραυστότητά τους τους έχει κάνει πολύ ακριβούς για τους περισσότερους ανθρώπους ώστε να τους χρησιμοποιήσουν ή να τους κατέχουν. Αυτή η πρόσφατη εργασία θα βοηθήσει στη σταθεροποίηση αυτών των συσκευών, φέρνοντας τον κόσμο ένα βήμα πιο κοντά σε μια προσιτή και αξιόπιστη επιλογή. Για αυτόν τον λόγο και για πολλούς άλλους, αυτοί οι μηχανικοί αξίζουν ένα ορθό χειροκρότημα.

Μάθετε για άλλες επαναστατικές εξελίξεις στην κβαντική υπολογιστική εδώ.

Αναφορές

^{1. Besedin, I., Kerschbaum, M., Knoll, J., Hesner, I., Bödeker, L., Colmenarez, L., Hofele, L., Lacroix, N., Hellings, C., Swiadek, F., Flasby, A., Bahrami Panah, M., Colao Zanuz, D., Müller, M., & Wallraff, A. (2026). Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits. Nature Physics, 1-6. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03090-6</sup}