يعالج IBM نهجًا جديدًا لتصحيح الخطأ الكمومي

كشفت شركة IBM عن بنية حوسبة كمية جديدة تقول إنها ستقوم بتقسيم عدد Qubits المطلوبة لتصحيح الخطأ. سوف يدعم التقدم هدفه المتمثل في بناء كمبيوتر الكم على نطاق واسع ومتسامح للأخطاء ، يسمى Starling ، والذي سيكون متاحًا للعملاء بحلول عام 2029.

نظرًا لعدم الموثوقية المتأصلة في Qubits (المكافئ الكمي للبتات) التي تم تصميمها من أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، سيكون تصحيح الخطأ أمرًا بالغ الأهمية لبناء أجهزة موثوقة واسعة النطاق. تنشر نهج تصحيح الأخطاء كل وحدة من المعلومات عبر العديد من Qubits المادية لإنشاء “Qubits المنطقية”. هذا يوفر التكرار ضد الأخطاء في Qubits الفيزيائية الفردية.

يُعرف أحد الأساليب الأكثر شعبية باسم رمز السطح ، والذي يتطلب ما يقرب من 1000 من Qubits المادية لتعويض Qubit منطقي واحد. هذا هو النهج الذي ركزته شركة IBM في البداية ، لكن الشركة أدركت في النهاية أن إنشاء الأجهزة لدعمه كان “حلمًا للهندسة” ، كما قال جاي غامبيتا ، نائب رئيس IBM Quantum ، في مؤتمر صحفي.

حوالي عام 2019 ، بدأت الشركة في التحقيق في البدائل. في ورقة منشورة في طبيعة في العام الماضي ، حدد باحثو IBM مخططًا جديدًا لتصحيح الأخطاء يسمى رموز فحص التكافؤ منخفضة الكثافة (QLDPC) التي تتطلب ما يقرب من عُشر عدد الرموز السطحية التي تحتاجها الرموز السطحية. الآن ، كشفت الشركة عن بنية جديدة للحوسبة الكمومية التي يمكن أن تدرك هذا النهج الجديد.

وقال غامبيتا ، وهو أيضًا زميل في IBM: “لقد قمنا بتكسير الكود إلى تصحيح الخطأ الكمي ، وهي خطتنا لبناء أول كمبيوتر كمي كبير يتحمل الأخطاء”. “نشعر بالثقة في أنها الآن مسألة الهندسة لبناء هذه الآلات ، بدلاً من العلم”.

IBM تكشف عن خريطة طريق كمية جديدة

سوف تتخذ IBM الخطوة الأولى نحو تحقيق هذه الهندسة المعمارية في وقت لاحق من هذا العام مع معالج يسمى Loon. ستعرض هذه الشريحة مقرنات يمكنها توصيل Qubits البعيدة على نفس الشريحة ، والتي هي مفتاح تنفيذ رموز QLDPC. هذه التفاعلات “غير المحلية” هي التي تجعل النهج أكثر كفاءة من رمز السطح ، والذي يعتمد فقط على Qubits التواصل مع جيرانهم.

وفقًا لخريطة الطريق التي تم إصدارها جنبًا إلى جنب مع تفاصيل الهندسة المعمارية الجديدة ، تخطط الشركة لبناء معالج متابع يسمى Kookaburra في عام 2026 والذي سيحتوي على وحدة معالجة منطقية وذاكرة كمية. سيكون هذا العرض الأول لنوع الوحدة الأساسية التي سيتم بناؤها من الأنظمة اللاحقة. في العام التالي ، تخطط IBM لربط اثنين من هذه الوحدات معًا لإنشاء جهاز يسمى Cockatoo.

لا تفصل خريطة الطريق عن عدد الوحدات التي سيتم استخدامها لإنشاء Starling ، والعروض التجارية المخطط لها من IBM ، ولكن الكمبيوتر سيتضمن 200 Qubits المنطقية وسيكون قادرًا على تشغيل 100 مليون عملية كمية. وقال ماتياس ستيفن ، زميل IBM ، الذي يقود فريق التكنولوجيا الكمومي للمعالجات ، بالضبط ما لم يتم بعد الانتهاء من عدد Qubits المادية التي ستكون مطلوبة بعد. وأضاف أنه من المحتمل أن تتطلب الهندسة المعمارية الجديدة بترتيب عدة مئات من Qubits لإنشاء 10 Qubits المنطقية.

تخطط IBM لبناء Starling بحلول عام 2028 ، قبل إتاحتها على السحابة في العام التالي. سيتم وضعه في مركز بيانات الكم جديد في Poughkeepsie ، نيويورك ، وسيضع الأسس للنظام النهائي على خريطة الطريق الحالية في IBM ، وهو 2000 آلة منطوقة Qubit CodeNamed Blue Jay.

يقول مارك هورفاث ، نائب الرئيس للمحلل في غارتنر ، الذي تم إطلاعه قبل الإعلان ، إن الهندسة المعمارية الجديدة لـ IBM تعتبر تقدمًا كبيرًا على تقنيتها السابقة. إن توصيل الشريحة الجديدة المتزايدة يجعلها أكثر قوة إلى حد كبير ويتم دعمها من خلال اختراقات كبيرة في التصنيع ثلاثي الأبعاد. وإذا كان ذلك يساعد IBM على الوصول إلى 200 Qubits المنطقية ، فإن ذلك من شأنه أن يجلب أجهزة الكمبيوتر الكم إلى عالم حل المشكلات العملية ، كما يقول هورفاث.

ومع ذلك ، يضيف Horvath أن النهج المعياري IBM الذي يعاني من ذلك للوصول إلى هناك قد يثبت تحديًا. يقول: “هذه مهمة معقدة للغاية”. “أعتقد أن الأمر سيعمل في النهاية. إنه عادل ، إنه بعيدًا عن الناس الذين يعتقدون ذلك.”

واحدة من أكبر العقبات المتبقية هي تحسين الإخلاص البوابة عبر الجهاز. لتنفيذ هذه البنية الجديدة بنجاح ، يجب أن تنخفض معدلات الخطأ بترتيب من حيث الحجم ، كما اعترف ستيفن من IBM ، على الرغم من أن الشركة واثقة من ذلك. سيكون أحد المسارات الرئيسية إلى الأمام هو تحسين أوقات التماسك في Qubits الأساسية ، والتي تشير إلى المدة التي يمكنها الحفاظ على حالتها الكم. يقول ستيفن: “لدينا أدلة على أن هذا هو حقًا أحد الاختناقات الرئيسية لتحسين أخطاء البوابة”.

في أجهزة الاختبار المعزولة ، تمكنت IBM من دفع متوسط ​​أوقات التماسك إلى 2 مللي ثانية ولكن ترجمة ذلك إلى رقائق أكبر ليست واضحة. وقال ستيفن إن الشركة أحرزت مؤخرًا تقدماً مع رقائقها الحركي ، حيث تصل إلى حوالي 150 إلى 250 ميكروثانية.

وقال ستيفن ، بما في ذلك الموصلات التي تربط بين أجزاء مختلفة من النظام ومكبرات الصوت. لكن ميزة كبيرة للهندسة المعمارية الجديدة هي أنها تتطلب مكونات أقل بكثير بسبب انخفاض عدد Qubits المادية. يقول: “هذا أحد الأسباب التي تجعلنا متحمسين للغاية بشأن رموز QLDPC هذه ، لأنه يقلل أيضًا من جميع النفقات العامة غير المعالجة غير المعالج”.

تم تحديث هذه القصة في 10 يونيو 2025 لتصحيح بعض تفاصيل خريطة الطريق الحالية في IBM.