انقلاب در سرعت محاسبات کوانتومی: روشی نوین برای آماده‌سازی مقیاس‌پذیر حالت‌های پایه

انقلاب در سرعت محاسبات کوانتومی روشی نوین برای آماده‌سازی مقیاس‌پذیر حالت‌های پایه

در ادامه با این مقاله از مجله رادیب همراه باشید. 

دنیای محاسبات کوانتومی همواره با یک چالش بزرگ روبرو بوده است: تعادل میان سرعت و دقت. آماده‌سازی سیستم‌های کوانتومی در پایین‌ترین سطح انرژی آن‌ها (که به عنوان "حالت پایه" شناخته می‌شود) برای شبیه‌سازی مواد جدید و حل مسائل پیچیده حیاتی است. اخیراً، پژوهشگران فیزیک به پیشرفتی چشمگیر دست یافته‌اند که می‌تواند این فرآیند را متحول کند.

در این مقاله از مجله رادیب، به بررسی جدیدترین دستاورد نوامبر ۲۰۲۵ می‌پردازیم که نویدبخش پروتکل‌های "پاد-بی‌دررو" (Counterdiabatic) مقیاس‌پذیر برای رایانه‌های کوانتومی نسل جدید است.

چالش اصلی: قانون سرعت در کوانتوم

برای درک اهمیت این کشف، ابتدا باید بدانیم کامپیوترهای کوانتومی چگونه کار می‌کنند. بسیاری از الگوریتم‌های کوانتومی، به ویژه آن‌هایی که برای شبیه‌سازی مولکول‌های دارویی یا مواد جدید استفاده می‌شوند، نیازمند شروع کار از حالت پایه (Ground State) هستند.

طبق قضیه "بی‌دررو" (Adiabatic Theorem)، اگر شما شرایط یک سیستم را به آرامی تغییر دهید، سیستم در حالت پایه خود باقی می‌ماند. اما اگر عجله کنید و شرایط را سریع تغییر دهید، سیستم انرژی می‌گیرد و به حالت‌های "برانگیخته" می‌رود که باعث ایجاد خطا در محاسبات می‌شود.

راه حل: میانبرهای پاد-بی‌دررو (Counterdiabatic Driving)

محققان در پژوهش جدید خود که در نوامبر ۲۰۲۵ (آذر ۱۴۰۴) مورد توجه قرار گرفته، بر روی تکنیکی به نام رانش پاد-بی‌دررو تمرکز کرده‌اند. این تکنیک مانند این است که هنگام دویدن با فنجان قهوه، نیرویی مخالف به فنجان وارد کنید که جلوی ریختن مایع را بگیرد، حتی اگر با سرعت بالا حرکت کنید.

این روش در تئوری عالی است، اما تا پیش از این یک مشکل بزرگ داشت: پیچیدگی محاسباتی. محاسبه دقیق این "نیروی اصلاح‌کننده" برای سیستم‌هایی با تعداد زیادی کیوبیت (Qubit) تقریباً غیرممکن بود.

 پیشنهاد ویژه رادیب:

همانطور که در دنیای کوانتوم سرعت و پایداری باید در کنار هم باشند، وب‌سایت کسب‌وکارهای امروزی نیز به همین تعادل نیاز دارد.

اگر به دنبال خرید هاست پرسرعت و دامنه با آپتایم بالا هستید، رادیب زیرساختی امن و مقیاس‌پذیر را برای شما فراهم می‌کند تا بدون نگرانی از کندی سرعت، کسب‌وکارتان را رشد دهید.

نوآوری جدید: مقیاس‌پذیری (Scalability)

آنچه این تحقیق جدید را متمایز می‌کند، ارائه راهکاری برای "مقیاس‌پذیر" کردن این فرآیند است.

• عبور از محدودیت‌های قبلی: روش‌های سنتی نیازمند دانش کامل از طیف انرژی سیستم بودند که با افزایش تعداد کیوبیت‌ها به صورت نمایی سخت‌تر می‌شد.
• رویکرد تقریبی هوشمند: محققان با استفاده از تکنیک‌های وردشی (Variational Methods) و یادگیری ماشین کوانتومی، راهی پیدا کرده‌اند تا میدان‌های کنترلی پاد-بی‌دررو را بدون نیاز به حل معادلات پیچیده برای کل سیستم، بسازند.
• اجرا روی سخت‌افزارهای فعلی: این روش به گونه‌ای طراحی شده که روی پردازنده‌های کوانتومی نویزی با مقیاس متوسط (NISQ) که هم‌اکنون در دسترس هستند، قابل اجرا باشد.

چرا این موضوع برای آینده تکنولوژی مهم است؟

این پیشرفت صرفاً یک بحث تئوریک نیست؛ بلکه دروازه‌ای به سوی کاربردهای عملی است:

• طراحی داروها: شبیه‌سازی سریع‌تر و دقیق‌تر ساختارهای مولکولی می‌تواند زمان کشف داروهای جدید را از سال‌ها به ماه‌ها کاهش دهد.
• باتری‌های نسل جدید: یافتن مواد جدید برای ذخیره انرژی نیازمند شبیه‌سازی حالت‌های پایه مواد در سطح اتمی است.
• بهینه‌سازی لجستیک: حل مسائل پیچیده حمل‌ونقل و زنجیره تأمین با الگوریتم‌های بهینه‌سازی کوانتومی (QAOA) که اکنون سریع‌تر و دقیق‌تر خواهند بود.

نتایج کلیدی پژوهش

طبق یافته‌های منتشر شده، پروتکل جدید توانسته است زمان آماده‌سازی حالت پایه را به شدت کاهش دهد، در حالی که "وفاداری" (Fidelity) یا دقت حالت نهایی را نزدیک به ۱۰۰٪ نگه داشته است. این یعنی ما می‌توانیم محاسبات کوانتومی را سریع انجام دهیم، قبل از اینکه نویز محیط (Decoherence) بتواند اطلاعات را تخریب کند.

خدمات پیشنهادی:

آیا می‌دانید که امنیت داده‌ها در دنیای وب به اندازه دقت در محاسبات کوانتومی اهمیت دارد؟

با تهیه گواهی SSL از رادیب، امنیت تبادل اطلاعات کاربران خود را تضمین کنید و اعتبار وب‌سایت خود را نزد موتورهای جستجو افزایش دهید.

نتیجه‌گیری

دستیابی به روش‌های مقیاس‌پذیر برای کنترل سیستم‌های کوانتومی، یکی از آخرین قطعات پازل برای رسیدن به "برتری کوانتومی" کاربردی بود. تحقیق نوامبر ۲۰۲۵ نشان می‌دهد که ما یک گام بزرگ به سمت کامپیوترهایی برداشته‌ایم که نه تنها در آزمایشگاه، بلکه در صنعت نیز قابل استفاده هستند. ترکیب سرعت و دقت، کلید آینده فناوری است.