قدمت الصين أول ذاكرة وصول عشوائي (RAM) في العالم لجهاز كمبيوتر كمي

يعد الفيزيائيون من جامعة تشجيانغ هم الأوائل في العالم الذين قاموا بتطبيق ذاكرة الوصول العشوائي الكمومية (QRAM). يتم عرض نتائج التجارب الخارقة حقًا على الصفحات فيزياء الطبيعة.

تم اقتراح البنية النظرية لـ QRRAM في عام 2008، لكن الصعوبات الموضوعية حالت دون تنفيذها – ومن المعروف مدى سهولة تدمير الحالات الكمومية الهشة. “أصعب شيء لم يكن الحسابات النظرية، ولكن مسألة كيفية جعل هذا الهيكل المثالي يعمل على شبكة شرائح حقيقية ثنائية الأبعاد”، كما يعترف شيانغ ديبين من مركز تقنيات الحوسبة المستقبلية في جامعة تشجيانغ، وهو أحد المؤلفين الأوائل لهذا العمل.

“ونتيجة لذلك، أطلقنا بنجاح نموذجًا أوليًا لذاكرة الوصول العشوائي (QRAM) يعالج 4 و8 بتات من البيانات على شريحة فائقة التوصيل لأول مرة. وهذا يعني أن الذاكرة قادرة على معالجة تدفقات إدخال متعددة في وقت واحد. وكانت الدقة المقاسة 81% و60% على التوالي، وهي أعلى بنسبة 40% من المخططات غير المحسنة. يتحدث لو ليتشيانغ من كلية علوم الكمبيوتر بجامعة تشجيانغ، المؤلف المشارك للدراسة.

أظهرت الاختبارات أن النظام يتمتع بحصانة محلية من الضوضاء. وهذا يثبت أنه حتى باستخدام المعدات الكمومية الحالية، البعيدة عن المثالية، من الممكن بناء ذاكرة QRRAM عملية وموثوقة، وتتحدث عن أوسع الآفاق.

الإنجاز له ثلاثة مكونات للنجاح.

• “الطريق السريع” للعمليات الكمومية. في الأساليب التقليدية لتوجيه ذاكرة الوصول العشوائي (QRAM)، أدى تحليل العناصر المنطقية إلى سلسلة طويلة جدًا من العمليات، وكان هناك وقت لتراكم الأخطاء في البيانات. قام الباحثون بتحسين التوجيه وتقليل عمق الدائرة الكمومية بأكثر من 30%.
• نظام إنذار لتصحيح الأخطاء بدقة. مع الاستعلام الشجري في QRRAM، يؤدي أي اضطراب في أي عقدة إلى تشويه النتيجة النهائية، وغالبًا ما يكون من المستحيل تقريبًا تعقب مثل هذا الخطأ. لقد استخدم العلماء بذكاء هذه البتات الكمومية نفسها كأجهزة استشعار محلية لاكتشاف الأعطال.
• “نفق” النقل الآني الكمي. ولربط البتات الكمومية عند “أطراف الفروع” للبنية الشجرية مع “جذور” النظام، تم وضع “أنفاق منطقية” ذات عمق ثابت بين البتات الكمومية البعيدة. أدى هذا إلى حل مشكلة القيود التي تفرضها الطوبولوجيا الفيزيائية للرقاقة على الهياكل الخوارزمية المعقدة، وجعل من الممكن “وضع” ذاكرة الوصول العشوائي (QRAM) بشكل مثالي على ركيزة ثنائية الأبعاد فائقة التوصيل.

يؤكد لو: “لقد أجرينا جميع الاختبارات التجريبية على رقاقتنا الكمومية فائقة التوصيل وعالية الأداء”.

وصف أحد مراجعي Nature Physics العمل بأنه “معلم مهم” لأنه كانت هناك شكوك طويلة حول ما إذا كان من الممكن تنفيذ QRRAM بطريقة قابلة للتطوير. وفي الوقت نفسه، هذا ليس مجرد مختبر آخر “الأول في العالم”.

“إن الخوارزميات الكمومية اليوم رائعة من الناحية النظرية. ولكن لكي تعمل فعليًا على جهاز كمبيوتر كمي، يجب عليها معالجة كميات هائلة من البيانات الكلاسيكية. على سبيل المثال، نمذجة جزيئات الدواء – الوصول إلى قواعد بيانات البروتين، وتحليل المخاطر المالية – الاستعلام عن تاريخ أسعار السوق. وبدون ذاكرة الوصول العشوائي السريعة (QRAM)، لن تظل كل هذه التطبيقات أكثر من مجرد تكهنات تخمينية”، كما يوضح لو.

يقول البروفيسور يين جيانوي، الذي قاد البحث: “إن هذا التقدم في QRAM يمنحنا الثقة بأن الكمبيوتر الكمي العالمي ليس حلمًا بعيد المنال”.