کمپانی Quantinuum رکورد جدیدی برای حجم کوانتومی ثبت کرده است.

حجم کوانتومی معیاری از نحوع عملکرد یک کامپیوتر کوانتومی است و به عواملی مثل فیدلیته گیت و تعداد کیوبیت‌ها بستگی دارد. کمپانی Quantinuum که بر روی کامپیوترهای کوانتومی بر مبنای یون به دام افتاده کار می‌کند، توانسته است با تغییرات اندک روی قسمت‌های مختلف کامپیوترهای کوانتومی خود حجم کوانتومی این سیستم‌ها را تا حد زیادی افزایش دهد.

Quantinuum یک کمپانی پیشرو در زمینه محاسبات کوانتومی با استفاده از یون‌های به‌دام افتاده است. این کمپانی امروز گزارش کرد که بر روی سیستم H1-1 خود به حجم کوانتومی (QV) برابر 16384 () و سپس 32768 () رسیده است. این شرکت در اعلامیه‌ای رسمی گفت: ” این دستاوردها برای صنعت محاسبات کوانتومی اهمیت زیادی دارند زیرا طبق آنچه اولین بار توسط IBM مطرح شد حجم کوانتومی نشان‌دهنده توانایی عمومی یک کامپیوترکوانتومی است

آخرین مقداری که برای حجم کوانتومی گزارش‌شده اختلاف زیادی با این مقدار دارد. مارکو پیستویا Marco Pistoia رییس تحقیقات کاربردی فناوری جهانی که یک کاربر کامپیوترهای کوانتومی است، می‌گوید: این رکورد جدید یک نقطه عطف برای محاسبات کوانتومی است. طی تحقیقاتی که چند سال اخیر روی کامپیوترهای کوانتومی کمپانی Quantinuum داشتیم، الگوریتم‌های جدیدی تولید کردیم که به ما کمک کرد در لبه علم محاسبات کوانتومی قرار بگیریم.

در پستی که Quantinuum تحت عنوان “حجم کوانتومی برای اولین بار 5 رقمی شد: 5 دیدگاه در مورد معنای این پیشرفت برای محاسبات کوانتومی” در وبلاگ خود قرار داده است، جزئیات زیادی از تغییراتی که اعمال کرده تا به این حد از حجم کوانتومی برسد شرح داده شده است. برای مقایسه، IBM، که مبتکر معیار QV است، در بهار گذشته روی سیستم Falcon r10 خود به حجم کوانتومی 512 رسید. IBM از کیوبیت‌های ابررسانا استفاده می‌کند.

سنجش پیشرفت در توسعه سخت افزار کوانتومی کار دشواری است. تعداد معیارهایی که مورد توافق همه باشند، کم است. حجم کوانتومی یک متریک عددی است که چندین عنصر مختلف از جمله فیدلیته گیت، اتصال، تعداد کیوبیت و غیره را شامل می‌شود. این معیار می‌تواند نقطه شروع خوبی برای اندازه‌گیری کیفیت سیستم پایه باشد. سایر معیارها ویژگی‌هایی مانند سرعت (مدار/مدارها) یا عملکرد مقایسه‌ای اپلیکیشن/الگوریتم را اندازه‌گیری می‌کنند. کنسرسیوم توسعه اقتصادی کوانتومی (QED-C) در حال کار بر روی توسعه این معیارها است. حجم کوانتومی یکی از اولین معیارهای کوانتومی بود. در اینجا توضیحی در مورد QV  ارائه می‌کنیم که از مقاله‌ای تحت عنوان (حجم کوانتومی در عمل: آنچه کاربران می‌توانند از دستگاه‌های NISQ انتظار داشته باشند) که در سال 2022 توسط محققان آزمایشگاه ملی لوس آلاموس منتشر شد، استخراج شده است:

“حجم کوانتومی (QV) به عنوان معیاری برای ادوات کوانتومی نویزی مقیاس-متوسط (NISQ) طراحی شده است. یک سیستم پشتیبان NISQ که تست پروتکل حجم کوانتومی 2m را گذرانده باشد، تقریباً هر مدار کوانتومی با m کیوبیت با حداکثر m  گیت تصادفی 2 کیوبیتی را به‌درستی اجرا می‌کند، بنابراین معیار خوبی برای کاربران دستگاه است که چه اندازه مدار و چه عمقی برای اجرا روی دستگاه، منطقی به نظر می‌رسد.” در این مقاله جدولی برای نمایش نتایج QV  برای چندین نمونه تجاری وجود دارد. Quantinuum در زمان آزمایش با فاصله زیادی بهترین عملکرد را داشت.

پل اسمیت-گودسون Paul Smith-Goodson، نایب رئیس و تحلیلگر اصلی در زمینه کوانتوم، هوش مصنوعی و فضا در موسسه Moor Insights & Strategy، به HPCwire گفته است: “تلاش مستمر Quantinuum برای بهبود حجم کوانتومی طی هشت سال گذشته، نشان می‌دهد که بهبود کیفیت خوبی درعملکرد و عناصر کامپیوتر کوانتومی بر مبنای یون به دام افتاده در این کمپانی صورت گرفته است. علاوه براین، حجم کوانتومی نشان‌دهنده فیدلیته بالا در عواملی مانند گیت‌های تک و دو کیوبیتی، خطاهای کمتر در آماده‌سازی/اندازه‌گیری کیوبیت‌ها و خطاهای کمتر ناشی از هم‌شنوایی بین کیوبیت‌ها است. برای چنین جهش بزرگی در مقدار حجم کوانتومی، گمان میکنم محققان اخیراً چند چیز را بهبود بخشیده‌اند.

برایان نینهویس Brian Neyenhuis، مدیر عملیات تجاری، در وبلاگ خود کاهش نویز فاز لیزرهای کامپیوتر را یک عامل کلیدی در افزایش حجم کوانتومی مطرح می‌کند. نینهویس می‌گوید: “تعداد کیوبیت‌ها به حد خوبی رسیده است، حالا باید تلاش کنیم خطا در عملیات کوانتومی، به‌ویژه خطای گیت دو کیوبیتی را کاهش دهیم تا بتوانیم این اندازه‌گیری‌های حجم کوانتومی را انجام دهیم.” وی افزود:” تیم Quantinuum خطای حافظه و تعداد عناصر در فرآیند کالیبراسیون را نیز بهبود بخشیدند. چیزهای کوچک زیادی انجام شد تا ما را به نقطه‌ای برساند که خطای گیت دو کیوبیتی و خطای حافظه به اندازه‌ای کاهش پیدا کند تا بتوانیم این آزمایش‌های مدار حجم کوانتومی را پشت سر بگذاریم.”

افزایش حجم کوانتومی به معنای بهبود همه زیرسیستم‌ها و اجزای فرعی ماشین به صورت جداگانه و همزمان است، به‌صورتی که همه سیستم‌ها باز هم به خوبی در کنار هم کار کنند. چنین کار پیچیده‌ای به درجه بالایی از هماهنگی در تیم Quantinuum نیاز دارد. همچنین در وبلاگ، Quantinuum  گفته شده است که برای اهداف کاربردی، بهبود سیگنال به نویز اهمیت زیادی دارد. هندریک درایر Henrik Dreyer مدیر عامل و مدیر علمی دفتر Quantinuum در مونیخ گفته است:  “به عنوان توسعه‌دهندگان برنامه، نسبت سیگنال به نویز چیزی است که ما به آن علاقه‌مندیم. اگر سیگنال کوچک باشد، ممکن است مدارها را 10 بار اجرا کنم و فقط یک نتیجه خوب کسب کنم. برای بازیابی سیگنال، باید اجراهای بیشتری انجام دهم و بیشتر آنها را دور بریزم. هر اجرا زمان می‌برد. نسبت سیگنال به نویز به فیدلیته گیت حساس است. اگر فیدلیته گیت را کمی افزایش دهید، زمان اجرای یک الگوریتم مشخص ممکن است به شدت کاهش یابد. همانطور که نمودار نشان می دهد، برای یک مدار معمولی، حتی یک بهبود نسبتاً متوسط 16/0 درصدی در فیدلیته، می‌تواند به این معنی باشد که الگوریتم در کمتر از نیمی از زمان اولیه اجرا می‌شود.”

دستیابی به QV بالا اهمیت زیادی دارد؛ اما پیدا کردن ارتباط آن با مفهوم پیشرفت محاسبات کوانتومی کار دشواری است. سوال طبیعی این است که QV بالا در خط سیر رسیدن به برتری کوانتومی چه جایگاهی دارد. اسمیت-گودسون Smith-Goodson می‌گوید :”حجم کوانتومی یک نگاه کلی به نحوه عملکرد و پیشرفت کل سیستم است. بزرگ بودن عدد حجم کوانتومی، نشانگر دستیابی به برتری کوانتومی نیست، بلکه فقط به این معناست که ما کارهای درست را انجام داده‌ایم و در مسیر درستی برای دستیابی به آن حرکت می‌کنیم. دستیابی به برتری کوانتومی احتمالاً 3 تا 5 سال دیگر لازم دارد.”

مانند سایرین، Quantinuum به شدت در حال ایجاد همکاری، ابزارهای نرم افزاری و توسعه کاربرد است. در سال 2022، این شرکت یک پلتفرم توسعه InQuanto راه اندازی کرد تا “هم شیمیدانان محاسباتی و هم توسعه دهندگان الگوریتم کوانتومی را قادر سازد تا با ترکیب و تطبیق آخرین الگوریتم‌های کوانتومی با زیرروال‌های پیشرفته و تکنیک‌های کاهش خطا بهترین نتیجه را از بسترهای کوانتومی امروزی به دست آورند.” برای مثال کمپانی Quantinuum در زمینه رمزنگاری با فوجیتسو همکاری می‌کند تا در شبکه‌های مبتنی بر نرم‌افزار، انعطاف‌پذیری کوانتومی ایجاد کنند و بر روی شبکه SD-WAN این شرکت یک QRNG سوار کنند.

جدول 1: جدول مقدار حجم کوانتومی از مقاله LANL.

نظرات در مورد نزدیک بودن صنعت محاسبات کوانتومی جوان به تجاری سازی گسترده تر، متفاوت است. گوش به زنگ باشید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Fill out this field
Fill out this field
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
You need to agree with the terms to proceed