تركز شركات الحوسبة الكمومية على مجموعات المعيار
تتنافس شركات الحاسبات الكمومية لسنوات لضغط معظم Qubits على شريحة. لكن تحديات التصنيع والاتصال تعني أن هناك حدود لهذه الاستراتيجية. يتحول التركيز الآن إلى ربط معالجات الكم المتعددة معًا لبناء أجهزة الكمبيوتر الكبيرة بما يكفي لمعالجة مشاكل العالم الحقيقي.
في كانون الثاني (يناير) ، كشفت شركة الحوسبة الكمومية الكندية Xanadu عن ما تقوله هو أول جهاز كمبيوتر معياري. يستخدم نهج Xanadu الفوتونات كأدوات-واحدة فقط من الطرق العديدة لإنشاء ما يعادل الحوسبة الكمومية لبت كلاسيكية. في ورقة نشرت في نفس الشهر في طبيعة، أوضح الباحثون في الشركة كيف يربطون 35 رقائقًا ضوئية و 13 كيلومترًا من الألياف الضوئية عبر أربعة رفوف خادم لإنشاء كمبيوتر كمي 12 كومة يسمى Aurora. على الرغم من وجود أجهزة كمبيوتر الكم مع العديد من Qubits اليوم ، Xanaduيقول إن التصميم يوضح جميع المكونات الرئيسية للهندسة المعمارية التي يمكن توسيع نطاقها إلى ملايين Qubits.
Xanadu ليست الشركة الوحيدة التي تركز على النموذج هذه الأيام. بدأت كل من IBM و IONQ العمل على ربط معالجات الكم ، مع IBM على أمل إظهار إعداد وحدات في وقت لاحق من هذا العام. والعديد من الشركات الناشئة تنحدر بناءً على بناء التقنيات الداعمة المطلوبة لهذا الانتقال.
يقول كريستيان ويدبروك ، الرئيس التنفيذي لشركة Xanadu ، إن معظم الشركات أقرت منذ فترة طويلة بأن النموذج هو مفتاح التحجيم.الآن بعد أن أصبحت الرقائق ذات الاستخدام العملي في الأفق وأكبر المعالجات تتميز بأكثر من 1000 ربع ، يعتقد أن التركيز يتحول.
يقول Weedbrook: “للوصول إلى مليون Qubits ، وهو عندما يمكنك البدء في حل مشاكل العملاء حقًا ، فلن تكون قادرًا على جعلها جميعًا على شريحة واحدة”. “الطريقة الوحيدة لتوسيع نطاقها هي من خلال هذا النهج الشبكات المعيارية.”
اتبعت Xanadu مقاربة غير تقليدية من خلال التركيز على مشكلة قابلية التوسع أولاً. واحدة من أكبر مزايا الاعتماد على الفوتونيك للحوسبة الكمومية – على سبيل المثال ل Qubits الفائقة التي تستخدمها IBM و Google – هي أن الآلات متوافقة مع تقنية الشبكات التقليدية ، مما يبسط الاتصال.
ومع ذلك ، فإن أورورا لا يمكن الاعتماد عليها بما يكفي لإجراء حسابات مفيدة بسبب الخسارة البصرية العالية ؛ يتم امتصاص الفوتونات أو مبعثرها أثناء مرورها عبر المكونات البصرية ، مما يؤدي إلى إدخال أخطاء. يهدف Xanadu إلى تقليل هذه الخسائر على مدار العامين المقبلين من خلال تطوير مكونات أفضل وتحسين الهندسة المعمارية. تخطط الشركة لبدء بناء مركز بيانات الكم في عام 2029.
تتوقع IBM أيضًا أن تصل إلى معلم رئيسي للحساب الكمي هذا العام. صممت الشركة معالج 462 كومة يسمى Flamingo مع رابط اتصال الكم المدمج. في وقت لاحق من هذا العام ، تخطط IBM لتوصيل ثلاثة منهم لإنشاء أكبر كمبيوتر كمي – مود أو لا – للتاريخ.
يقول أوليفر ديال ، كبير مسؤولي التكنولوجيا في IBM Quantum ، إن Modularity كانت دائمًا أساسية لخريطة طريق IBM. في حين أن الشركة غالباً ما تقود الحقل في تعبئة المزيد من Qubits في المعالجات ، فهناك حدود لحجم الرقاقة. مع نمو أكبر ، يصبح الأسلاك إلكترونيات التحكم تحديًا متزايدًا ، كما يقول Dial. بناء أجهزة الكمبيوتر ذات المكونات الأصغر والقابلة للاختبار وقابلة للاستبدال يبسط التصنيع والصيانة.
ومع ذلك ، فإن IBM تستخدم Qubits الفائقة التوصيل ، والتي تعمل بسرعات عالية وسهلة نسبيا للتصنيع ولكنها أقل ملاءمة للشبكة من تقنيات الكم الأخرى. تعمل هذه Qubits على ترددات الميكروويف ، وبالتالي لا يمكن التواصل بسهولة مع الاتصالات البصرية ، والتي تطلب من IBM تطوير مقرنات متخصصة لربط كل من الرقائق المجاورة والرقائق البعيدة.
تقوم IBM أيضًا بالبحث في نقل الكم ، والذي يحول فوتونات الميكروويف إلى ترددات بصرية يمكن أن تنتقل عبر البصريات الألياف. لكن Dial ، إن إخلاص المظاهرات الحالية أبعد ما يكون عن ما هو مطلوب ، لذا فإن التحويل ليس على خريطة الطريق الرسمية لـ IBM حتى الآن.
تخطط IBM لتوصيل ثلاثة من معالجات Flamingo الكمومية التي تبلغ مساحتها 462 كويتً هذا العام لجعل ما تدعي الشركة هو أكبر كمبيوتر كمي حتى الآن.IBM
تتفاعل Qubits-ion و qubits المستندة إلى المحايدة مباشرة مع الفوتونات ، مما يجعل الشبكات البصرية أكثر جدوى. في أكتوبر الماضي ، أظهرت IONQ القدرة على تشكيل أيونات محاصرة على معالجات مختلفة. فوتونات متشابكة مع أيونات على كل شريحةالسفر عبر الكابلات الألياف البصرية والاجتماع على جهاز يسمى محلل الجرس ، حيث يتم تشابك الفوتونات أيضًا ويتم قياس حالتها المشتركة. هذا يتسبب في أيونات أن الفوتونات كانت متشابكة في الأصل لتصبح مرتبطة من خلال عملية تسمى تبادل التشابك.
يقول جون جامبل ، كبير مدير الهندسة المعمارية والأداء في IONQ ، إن توسيع هذا الأمر لربط أعداد كبيرة من معالجات الكم سيتطلب الكثير من العمل. سيحتاج محللون Bell-State ، الذي يتم تنفيذه حاليًا باستخدام المكونات البصرية للمساحة الحرة ، إلى مصغرة وتصنيع باستخدام ضوئية متكاملة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الألياف الضوئية صاخبة ، مما يعني أن جودة التشابك التي تم إنشاؤها من خلال تلك القنوات منخفضة نسبيًا. لمعالجة ذلك ، تخطط IONQ لتوليد العديد من أزواج متشابكة من Qubits وتنفيذ عمليات لتقطيرها في عدد أقل من التشابكات عالية الجودة. لكن تحقيق معدل مرتفع بما يكفي من التراكسيات الجودة سيظل تحديًا.
تعالج شركة الناشئة الفرنسية Welinq هذه المشكلة من خلال دمج الذاكرة الكمومية في ربطها. يقول الرئيس التنفيذي توم داراس إن أحد الأسباب التي تجعل التشابك على الترابط الضوئي غير فعال للغاية هو أن الفوتئين المطلوبان غالبًا ما ينبعثان في أوقات مختلفة ، لذلك “يفوتان” بعضهما البعض ويفشلان في التشابك. تؤدي إضافة ذاكرة إلى إنشاء مخزن مؤقت يساعد في مزامنة الفوتونات.
يقول داراس: “عندما تحتاجهم للقاء ، يجتمعون بالفعل”. “تمكننا هذه التقنيات من إنشاء تشابك بسرعة كافية بحيث تكون مفيدة للحساب الموزع.”
تحتاج أجهزة الكمبيوتر الكمية المعيارية الوظيفية إلى المزيد من الخطوات
بمجرد ربط المعالجات المتعددة ، يتحول التحدي إلى تشغيل خوارزميات الكم عبرها. لهذا السبب قام Welinq أيضًا بتطوير مترجم الكم ، يسمى Araqne ، والذي يحدد كيفية تقسيم خوارزمية عبر معالجات متعددة مع تقليل النفقات العامة للاتصال.
حقق باحثون من جامعة أكسفورد اختراقًا حديثًا على هذه الجبهة ، مع أول مظاهرة مقنعة لخوارزمية الكم التي تمر عبر معالجتين مترابطتين. أجرى الباحثون عمليات منطقية بين اثنين من Qubits Ion Qubits على الأجهزة المختلفة. تم تشابك Qubits باستخدام اتصال ضوئي ، وقامت المعالجات بتنفيذ نسخة أساسية للغاية من خوارزمية بحث Grover.
سيتم اكتشاف الجزء الأخير من اللغز كيفية تكييف مخططات تصحيح الأخطاء لهذا المستقبل المعياري الجديد. أظهرت شركة NU Quantum Startup مؤخرًا أن تصحيح الخطأ الكمومي الموزع ليس فقط ممكنًا ولكنه فعال.
يقول Carmen Palacios-Berraquero: “هذه نتيجة كبيرة حقًا ، لأن الحوسبة الكمومية الموزعة والمعيارية هي خيار حقيقي لأول مرة”. “من قبل ، لم نكن نعرف كيف سنفعل ذلك بطريقة تتحمل الأخطاء ، إذا كانت فعالة ، أو إذا كانت قابلة للحياة.”
تظهر هذه المقالة في مسألة طباعة مارس 2025.
من مقالات موقعك
المقالات ذات الصلة حول الويب
