حاسوب كمي من نوع كيوبت

يُعد الحاسوب الكمومي ذو الكيوبت القط أحد الأساليب المقترحة للحاسوب الكمومي واسع النطاق القائم على حالات قطة شرودنغر .

حالات القط هي تراكبات لحالتين متماسكتين من الضوء. تقوم كيوبتات القط بتشفير المعلومات الكمومية في هذه الحالات. ^{[ 1 ]}

صُممت هذه الدوائر لتوفير حماية مدمجة ضد أنواع معينة من الأخطاء، وخاصة انعكاسات البتات، مما يجعل تصحيح الأخطاء الكمومية أكثر كفاءة في الدوائر فائقة التوصيل. ^{[ 2 ]}

يجري تطوير هذا النهج من قبل شركة أليس آند بوب وشركة أمازون لخدمات الويب (AWS)، من بين جهات أخرى. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

تستخدم كيوبتات القط حالات متماسكة لمذبذب توافقي كمومي - فوتونات ميكروية محصورة في رنان فائق التوصيل - كحالاتها المنطقية 0 و1. ^{[ 1 ]} ويُشتق الاسم من تجربة قطة شرودنغر الفكرية، حيث يوجد النظام في حالة تراكب بين حالتين متميزتين على المستوى العياني. ^{[ 3 ]}

تحدث الأخطاء في الحوسبة الكمومية عمومًا على شكل أخطاء قلب البتات - تغيير الحالة المنطقية للكيوبت من 0 إلى 1 أو العكس - وأخطاء قلب الطور، التي تغير الطور النسبي بين الحالات المتراكبة. ^{[ 2 ] [ 4 ]}

تتمثل الخاصية الرئيسية لكيوبتات القط في أن احتمال انقلاب البت يتناقص أُسّيًا مع عدد الفوتونات في الحالة المتماسكة. ^{[ 1 ]} في البنى التقليدية فائقة التوصيل القائمة على الترانزمون والتي تستخدم رموزًا سطحية، قد يتطلب تصحيح كلا النوعين من الأخطاء عددًا كبيرًا من الكيوبتات الفيزيائية لتحقيق كيوبت منطقي واحد خالٍ من الأخطاء . ^{[ 2 ]}

يمكن تثبيت الكيوبتات القطية ضد أخطاء انقلاب البتات عن طريق ربط الكيوبت ببيئة تتبادل أزواج الفوتونات مع النظام بشكل تفضيلي. هذا يُعاكس تلقائيًا آثار بعض الأخطاء التي تُسبب انقلاب البتات، ويضمن بقاء الحالة الكمومية ضمن الفضاء الفرعي المطلوب المصحح للأخطاء. ^{[ 5 ]}

إن الكبح الذاتي لانعكاسات البتات يعني أن تصحيح الأخطاء لا يحتاج إلا إلى معالجة قناة خطأ رئيسية واحدة، وهي خاصية تُعرف باسم انحياز الضوضاء. وهذا يسمح باستخدام رموز تصحيح الأخطاء أحادية البعد، مثل رمز التكرار الكلاسيكي، بدلاً من رموز السطح ثنائية الأبعاد . ^{[ 6 ]}

ونتيجة لذلك، يمكن لكيوبتات القطط ترميز كيوبت منطقي في بنية أكثر كفاءة من حيث استخدام الأجهزة لتمكين مجموعة شاملة من العمليات المنطقية المحمية بالكامل مع تجنب العبء الكبير المطلوب بواسطة رموز تصحيح الأخطاء الأخرى. ^{[ 6 ]}

يشير هذا التصميم إلى أن الكيوبتات القطية تُظهر إمكانية التوسع بكفاءة لتحقيق تصحيح كامل للأخطاء والحوسبة الكمومية المقاومة للأخطاء . ^{[ 5 ] [ 7 ]}

في عام 2001 ^{[ 8 ]} ، تم اقتراح تراكب الحالات المتماسكة للحوسبة الكمومية. وقد تم اقتراح كيوبتات القط لأول مرة كعناصر بناء لحاسوب كمومي عالمي مقاوم للأخطاء في عام 2001. ^{[ 9 ]}

في عام 2015، نشر ديفوريه وآخرون أول عرض تجريبي لكيوبتات القطط. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

في عام 2020، نجحت الكيوبتات القطية في مذبذب في كبح انعكاسات البتات بشكل كبير، مما يدل على إمكانية الحوسبة الكمومية مع تقليل النفقات العامة. ^{[ 12 ]}

في عام 2024، قام باحثو أليس وبوب بتمديد عمر قلب البت - المدة التي يمكن أن يحافظ فيها الكيوبت على حالته قبل أن يتعرض لخطأ قلب البت - إلى سبع دقائق. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

في عام 2025، طورت AWS شريحةً حققت دقةً بلغت 1.65% لكل دورة لمصفوفة من خمسة كيوبتات من نوع cat. ^{[ 3 ] [ 15 ]} وكان تحقيق هذا المستوى من كبح الأخطاء باستخدام رموز تصحيح أخطاء أكبر يتطلب سابقًا عشرات الكيوبتات الإضافية. ومع ذلك، لا تزال الشريحة بحاجة إلى معالجة أخطاء قلب البتات وأخطاء قلب الطور، نظرًا لاحتوائها على كلٍ من الترانزمونات وكيوبتات cat. ^{[ 2 ]}