يمكن استعادة البيانات الكمومية المفقودة: الفيزيائيون

تعتبر أجهزة الكمبيوتر الكمومية تقنية يمكنها تسريع العمليات الحسابية بشكل جذري في مهام محددة. يمكنهم حل المشكلات المعقدة بشكل أسرع من الآلات الكلاسيكية، خاصة في الكيمياء والتشفير ونمذجة المواد. ومع ذلك، فإن هذه التكنولوجيا لديها نقطة ضعف – فقدان المعلومات بسبب ما يسمى بالخلط الكمي.

أبلغ باحثون من جامعة كاليفورنيا، إيرفاين، عن نهج يسمح بالاسترداد الجزئي للبيانات المنتشرة في جميع أنحاء النظام. تم نشر العمل في رسائل المراجعة البدنية.

الكيوبتات وأساس الحوسبة الكمومية

في أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، يتم تخزين المعلومات في البتات – 0 أو 1. تستخدم الأنظمة الكمومية الكيوبتات، والتي يمكن أن تكون في حالة 0 أو 1 أو مزيج من الاثنين معًا. تسمح هذه الظاهرة للمرء بتوسيع قدرات الحوسبة بشكل كبير.

لكن الميزة نفسها تجعل النظام حساسًا للغاية. يؤدي أي تفاعل بين البتات الكمومية إلى ديناميكيات معقدة حيث لم تعد المعلومات محلية.

ما هو الخلط الكمي

يحدث الخلط الكمي عندما تبدأ المعلومات المخزنة في الكيوبتات في الانتشار في جميع أنحاء النظام الكمي. ونتيجة لذلك، تبدو البيانات الأصلية وكأنها تختفي، في حين أنها في الواقع تصبح موزعة للغاية.

يوضح توماس سكافيدي، المؤلف الرئيسي للدراسة:

“يهدف عملي إلى فهم كيفية حدوث هذا الخلط للمعلومات الكمومية وكيفية نشوئها. ونحن نحاول تحديد ما إذا كانت هذه المعلومات مخزنة بأي شكل من الأشكال وما إذا كان بإمكاننا عكس عملية الخلط تمامًا.”

كما يوضح المشكلة ذات الطبيعة العملية:

“إذا حاولت تشفير بعض المعلومات محليًا إلى كيوبتات، فبعد فترة سيكون هناك تأثير خلط – ستنتشر المعلومات المشفرة عبر العديد من الكيوبتات وستفقد بشكل أساسي، ولن تتمكن من استعادتها.”

لماذا لا تختفي المعلومات؟

وعلى الرغم من “الخسارة”، فإن القوانين الأساسية للفيزياء تفترض مسبقًا إمكانية عكس العمليات الدقيقة. وهذا يعني أن المعلومات لا يتم تدميرها، بل يتم توزيعها في جميع أنحاء النظام بشكل معقد.

يشرح سكافيدي ذلك من خلال القياس الجسدي:

“على المستوى المجهري، يبدو أن كوننا قابل للعكس في الوقت المناسب، لذلك إذا تخيلت اصطدام جزيئين، وشاهدت فيلمًا عن اصطدام جزيئين، فسيكون الفيلم منطقيًا إذا تم عرضه للأمام أو للخلف.”

وكانت هذه الفكرة هي التي أصبحت مفتاح النهج الجديد.

كيف وجدت طريقة للتعافي؟

أظهر طالب الدراسات العليا ريشيك بيروجو أن هذا السلوك العكسي يمكن استخدامه في الأنظمة الكمومية. إذا قمت بضبط معلمات التفاعل بشكل دقيق، فيمكنك “إلغاء تسجيل” عملية الخلط وإرجاع المعلومات إلى المنطقة الأصلية.

هذه ليست عملية بسيطة: مطلوب تحكم دقيق للغاية في جميع عناصر النظام، ولكن الأهم من ذلك أنه ممكن.

يؤكد سكافيدي:

“إنها خاصية متعددة الاستخدامات. خلاصة القول هي أنه يمكن عكسها، ولكنها تتطلب ضبطًا دقيقًا للغاية ومستوى عالٍ جدًا من التحكم في نظامك.”

ما الذي يغيره هذا بالنسبة لتقنيات الكم؟

إذا أمكن توسيع نطاق هذه الأساليب، فيمكنها تحسين استدامة الحوسبة الكمومية بشكل كبير. وهذا أمر بالغ الأهمية لتطبيقات العالم الحقيقي حيث يحد فقدان المعلومات من تطوير التكنولوجيا. يُظهر البحث أيضًا أن الأنظمة الكمومية أكثر تعقيدًا مما تبدو عليه: فحتى البيانات “المفقودة” يمكن استردادها إذا تم التحكم في الديناميكيات بشكل صحيح.