تمتلك الحوسبة الكمومية إمكانات ضخمة لتحويل طرق حل المشاكل في مختلف مجالات البحث، لا سيما في الكيمياء الكمومية. ومع ذلك، فإن مرحلة تطوير الحواسيب الكمومية الحالية تواجه تحديات نظرًا للضوضاء والتشويشات البيئية. ولمعالجة هذه المشكلات، يقوم الباحثون بتبني استراتيجيات مبتكرة مثل المحاكاة وتطوير الخوارزميات وحماية الأشعة. تتناول هذه التقرير التطورات الحديثة التي أحرزها علماء من مختبر Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ومختبر Oak Ridge الوطني وشركة Microsoft وجامعة تورونتو وجامعة واشنطن ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT). يركز عملهم على التغلب على قيود الأجهزة الكمومية الحالية وتطوير خوارزميات تصحيح الأخطاء والتقليل من مصادر الضوضاء الخارجية لتعزيز أداء الحوسبة الكمومية.

يقود الدكتور آنج لي، عالم الحوسبة في مختبر PNNL والمنتسب إلى مركز العلوم الكمومية ومركز التصميم المشترك للتميز الكمومي، فريقًا يعتمد على الحوسبة عالية الأداء لإنشاء محاكيات تمثل أجهزة الكم الحقيقية لتنفيذ الدوائر الكمومية المعقدة. من خلال دمج أنواع مختلفة من المحاكاة، تم تطوير Northwest Quantum Simulator (NWQ-Sim) لاختبار خوارزميات الكم. يمكّن هذا المحاكي اختبار خوارزميات الكم المتقدمة التي تكون معقدة أو غير عملية للأجهزة الكمومية الحالية. يمكن للباحثين من خلال المحاكاة استكشاف سلوك البتات الكمومية وتفاعلها مع البيئة، مما يوفر رؤى تتجاوز قيود الأجهزة الحالية.

يركز ناثان ويب، المعين المشترك من جامعة تورونتو وأستاذ في جامعة واشنطن، على تطوير خوارزميات للتخفيف من الأخطاء في الدوائر الكمومية. مع زيادة عدد البتات الكمومية المطلوبة للحسابات، تزداد الأخطاء في الدوائر الكمومية الضوضائية. وقد وضع ويب وزملاؤه خوارزميات جديدة مصممة خصيصًا لتصحيح الأخطاء في بعض أنواع المحاكاة. يساهم عملهم في تقليل تكلفة وزمن تصحيح الأخطاء الكمومية، مما يقربنا من إظهار نموذج كمومي مفيد من الناحية الحسابية لنظرية المجال الكمومي باستخدام أجهزة كمومية قريبة المدى.

يهدف الفيزيائي بن لور وفريقه، استنادًا إلى خبرتهم في البحث عن مستويات منخفضة من الإشعاع الطبيعي، إلى التخفيف من الإختلاط الناتج عن مصادر الضوضاء الخارجية للبت الكمومي. عندما ادركوا أن الإشعاع من البيئة، مثل الأشعة الغاما وأشعة إكس، قد يتداخل مع حالات البت الكمومي، قاموا بدراسة تأثير الإشعاع على الحوسبة الكمومية. من خلال استخدام درع من الرصاص في ثلاجة التخفيف - وهو جهاز يستخدم لتشغيل البت الكمومي ذو النفاذية الفائقة عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق - لاحظوا تقليلًا في الإختلاط الناتج. توفر هذه التجربة الأولية رؤى قيمة حول تأثير الإشعاع على الحوسبة الكمومية.

تظهر هذه الجهود البحثية تقدمًا كبيرًا في تطوير تقنيات الحوسبة الكمومية. تمكن المحاكاة وخوارزميات تصحيح الأخطاء الكمومية الباحثين من استكشاف أنظمة كمومية معقدة تتجاوز قدرات الأجهزة الحالية. بالإضافة إلى ذلك، فإن حماية البتات من الإشعاع الخارجي تمثل نهجًا واعدًا لتقليل الضوضاء وتحسين أداء الحوسبة الكمومية. ستعزز المزيد من الدراسات حول التفاعلات الكمومية وتوصيف مصادر الضوضاء المحتملة تصميم ووظائف الأجهزة الكمومية. مع استمرار العلماء في التغلب على التحديات وتحسين تقنيات الحوسبة الكمومية، نقترب أكثر من تحقيق القدرات التحولية للحواسيب الكمومية في مجالات علمية مختلفة.