رکوردشکنی Q-CTRL: اجرای تبدیل فوریه کوانتومی ۱۰۰ کیوبیتی روی پردازنده IBM🔹در تازهترین دستاورد شرکت #Q_CTRL محققان موفق به اجرای تبدیل فوریه کوانتومی (QFT) در مقیاس ۱۰۰ کیوبیت بر روی سختافزار #IBM شدهاند که دو برابر بزرگترین نمونه قبلی بر روی سختافزار واقعی است. این آزمایش بر روی پردازنده ۱۵۶ کیوبیتی Heron r3 آیبیام انجام شد و هدف آن، استخراج سیگنال دورهای صحیح از میان فضای عظیم ۲ به توان ۱۰۰ حالت ممکن بود که بیش از ۱۰ به توان ۳۰ پاسخ اشتباه را شامل میشود.
❗️موفقیت در این کار به معنای آن است که پردازندههای کوانتومی فعلی، حتی در مقیاس بالا و پیش از عصر تصحیح خطای کامل (Pre-Fault-Tolerant)، قادر به استخراج اطلاعات معنادار جهانی از حالتهای کوانتومی با ابعاد بالا هستند.
🔸کلید این موفقیت، استراتژی نوین کامپایل به نام «QFT پیچشی» (Convolutional QFT) است که توسط تیم Q-CTRL توسعه یافته است. در این روش، با استفاده از یک کیوبیت کمکی (Ancilla Qubit)، منطق مدار به یک کرنل فشرده (Kernel Gadget) تبدیل میشود که به صورت متوالی در طول ثبات کیوبیتها حرکت میکند.
🔹این کار تعداد گیتهای درهمتنیدگی را در تاریخچه هر کیوبیت به حداقل میرساند و در نتیجه، انباشت نویز را به شدت کاهش میدهد. به طوری که تعداد گیتهای CX مورد نیاز برای یک QFT با n کیوبیت، به n² - n + ۲ میرسد که عملاً با تعداد گیتهای ایدهآل در معماری با اتصال همهبههم (All-to-All) برابری میکند و سربار مسیریابی ناشی از اتصالات محدود سختافزار را از بین میبرد.
🔸علاوه بر کامپایل هوشمند، تیم از ترکیبی از تکنیکهای #سرکوب_خطا (Error Suppression) برای دستیابی به این فیدلیتی بالا استفاده کردند. از آنجا که منطق فعال در کرنل متحرک متمرکز است، کیوبیتهای غیردرگیر مدتها بیکار میمانند و در این پنجرهها، از توالیهای جداسازی دینامیکی بدون وقفه (Dynamical Decoupling) برای محافظت از حالت کوانتومی در برابر واهمدوسی و تداخل متقابل (Crosstalk) استفاده شد.
🔹همچنین، برای ایجاد تعادل بهینه بین خطای سنتز الگوریتمی و نویز سختافزاری، از تکنیک برش چرخشهای کوچک (Truncating Small Rotations) استفاده کردند که خطای قابلقبولی را در ازای کاهش چشمگیر تعداد گیتهای پرنویز دو-کیوبیتی میپذیرد. در نهایت، با بهینهسازی دقیق زمانبندی همه عملیاتها و اعمال کاهش خطای خوانش (Readout Error Mitigation) به صورت آماری، توانستند فیدلیتی فرآیند واحد (Unitary Process Fidelity) را به ترتیب برای ۵۰ و ۸۰ کیوبیت به ۱۱.۴٪ و ۱.۸٪ برسانند.
🔸نتایج این بنچمارک نشان میدهد که در ابعاد مختلف، پاسخ صحیح به عنوان حالت منحصربهفرد و غالب از میان نویز پسزمینه قابل تشخیص بوده است. به عنوان مثال، در ۵۰ کیوبیت، رشتهبیتی (Bitstring) هدف ۸.۴ برابر بیشتر از هر خروجی نادرست دیگر در دادههای خام اندازهگیری تکرار شده است و این نسبت برای ۸۰ کیوبیت به ۷.۵ برابر میرسد.
❗️این دستاورد که به عنوان شکستن سد ۱۰۰ کیوبیتی شناخته میشود، نشان میدهد که با ترکیب کامپایل آگاه از سختافزار (Hardware-Aware Compilation) و سرکوب فعال خطا، میتوان بلوکهای ساختمانی الگوریتمهای پیچیده کوانتومی را در مقیاسی بیسابقه پیادهسازی کرد و مسیر را برای کاربردهای عملیتر مانند تخمین فاز (Phase Estimation) و الگوریتم شور هموار ساخت.
