الملخص:
أصدرت شركة IBM مؤخرًا الجيل الجديد من المعالج الكمي Nighthawk r3 وأعلنت عن خطتها المستقبلية لتطوير الحوسبة الكمومية. تم تصميم هذا المعالج الجديد لأداء ما يصل إلى 10000 عملية كمومية، والتعامل مع مهام الحوسبة واسعة النطاق الأكثر تعقيدًا مع الحفاظ على جودة التشغيل وسرعته، مما يمثل خطوة مهمة نحو هدف IBM المتمثل في الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء.
وفقًا للمعلومات التي كشفت عنها شركة IBM، سيتم تجهيز Nighthawk r3 بـ 520 كيوبتًا قابلة للبرمجة و2034 مكونًا كميًا ماديًا، بهدف تشغيل 10000 عملية كمومية بشكل ثابت على معالج واحد. وفي الوقت نفسه، تخطط IBM أيضًا لربط معالجي Nighthawk r3 في نظام موحد في عام 2027 لبناء منصة حوسبة كمومية تضم أكثر من 1000 كيوبت.
قال جاي غامبيتا، رئيس أبحاث شركة IBM، إن الحوسبة الكمومية ذات القيمة الحقيقية لا تتطلب الدقة فحسب، بل السرعة أيضًا. مع استمرار توسع نطاق الأنظمة الكمومية، لا يمكن للحوسبة الكمومية حل المشكلات العملية في العالم الحقيقي إلا من خلال مراعاة الجودة الحسابية وكفاءة المعالجة.
يعتمد إصدار Nighthawk r3 الذي تم إصداره هذه المرة على إصدار Nighthawk r2 الذي تم إطلاقه في سبتمبر من هذا العام. وتمكن معالج r2 السابق من إجراء أكثر من 7500 عملية كمية على 120 كيوبت وتحقيق قدرات معالجة تصل إلى 100000 عينة في الثانية. تعتقد شركة IBM أن هذه المنصة أثبتت أن الحوسبة الكمومية لديها القدرة على حل مشاكل الصناعة الحقيقية.
الكيوبتات هي وحدات المعلومات الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية، وهي تشبه "البتات" الموجودة في أجهزة الكمبيوتر التقليدية. ولكن على عكس البتات التقليدية، التي يمكن أن تمثل 0 أو 1 فقط، يمكن أن تكون الكيوبتات في حالة تراكب 0 و1 في نفس الوقت، مما يسمح لأجهزة الكمبيوتر الكمومية بمعالجة مهام الحوسبة المعقدة للغاية بالتوازي. وهذا هو أحد أسباب اعتبار الحوسبة الكمومية أداة مهمة لحل المشكلات في علوم المواد والمحاكاة الكيميائية وتطوير الأدوية وتحسينها في المستقبل.
أحد أهم الابتكارات في Nighthawk r2 هو تقديم بنية إعادة ضبط الكيوبت عالية السرعة. في عملية الحوسبة الكمومية التقليدية، بعد كل عملية، يجب أن تعود الكيوبتات إلى الحالة الأرضية قبل بدء الجولة التالية من الحسابات، وقد تستغرق هذه العملية مئات المللي ثانية، مما يجعل المعالج يقضي معظم وقته في حالة انتظار.
لقد أدت التكنولوجيا الجديدة التي طورتها شركة IBM إلى تقصير عملية الانتظار هذه إلى حد كبير. وفقًا للتقارير، تم ضغط وقت إعادة ضبط الكيوبت من حوالي 200 مللي ثانية إلى حوالي 25 نانو ثانية دون إزعاج عمل الكيوبتات المحيطة. وهذا يمكّن الأنظمة الكمومية من إجراء العمليات الحسابية بشكل متكرر، مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة الإجمالية بشكل ملحوظ.
استنادًا إلى هذه الإنجازات التقنية، تخطط شركة IBM لتوسيع نفس البنية إلى Nighthawk r3 وزيادة تعزيز نطاق النظام وقوة الحوسبة. وتعتقد الشركة أن التطبيقات المستقبلية ستحتاج إلى إجراء آلاف أو حتى عشرات الآلاف من العمليات الكمية على مئات الكيوبتات وتوليد ملايين أو حتى مليارات العينات الحسابية في نفس الوقت، لذلك لا غنى عن السرعة والحجم.
ولتحقيق هدف أكثر من 1000 كيوبت، أظهرت IBM أيضًا أحدث التقدم في تكنولوجيا التوصيل البيني متعدد الشرائح. وفي وقت سابق من هذا العام، نجح فريق البحث في استخدام أربعة قارنات كمومية بعيدة المدى لتوصيل معالجي Nighthawk r1 معًا. تعمل هياكل الترابط الكمومية هذه بمثابة "جسور عالية السرعة" بين أجهزة الكمبيوتر الكمومية، مما يسمح لمعالجات متعددة بالعمل معًا.
تُظهر البيانات التجريبية أن هذا الاتصال الكمي لمسافات طويلة قد حقق دقة نقل معلومات بنسبة 99.4%، وهو ما يقترب تدريجيًا من الهدف البالغ 99.9% الذي حددته شركة IBM. بمجرد نضوج التكنولوجيا ذات الصلة، ستتمكن المعالجات الكمومية المتعددة من تشكيل نظام كمي موحد واسع النطاق، وبالتالي اختراق حد مقياس الشريحة الواحدة.
كشفت IBM أيضًا أن عددًا من الشركاء والعملاء، بما في ذلك E.ON وAlgorithmiq وQ-CTRL، يقومون حاليًا بتشغيل أكثر من 34 مليار دائرة كمومية على منصة Nighthawk r2. في بعض سيناريوهات التطبيق، تم تحسين أداء النظام بما يصل إلى 19 مرة مقارنة بالنظام الأساسي الكمي السابق لشركة IBM.
فيما يتعلق بالتطبيقات العملية، تستخدم شركة الطاقة E.ON Nighthawk r2 لإجراء أبحاث التعلم الآلي الكمي المتعلقة بتحسين الشبكة، مما يحقق تحسينًا في الأداء بمقدار 15 مرة تقريبًا. كما حققت تجربة محاكاة المواد المغناطيسية التي أجرتها شركة IBM بالتعاون مع مختبر أوك ريدج الوطني في الولايات المتحدة، تسارعًا في الأداء يقارب 12 مرة. تشير هذه النتائج إلى أن الحوسبة الكمومية تنتقل تدريجياً من الأبحاث المختبرية إلى التطبيقات الصناعية العملية.
يعتقد المحللون أن إصدار Nighthawk r3 ليس مجرد ترقية إضافية في أداء الأجهزة الكمومية لشركة IBM، ولكن الأهم من ذلك، أنه يوضح مسار التطوير من مئات الكيوبتات إلى نظام على مستوى ألف كيوبت. مع استمرار نضج بنيات إعادة ضبط السرعة العالية، والوصلات الكمومية متعددة الشرائح، والتقنيات المتسامحة مع الأخطاء، تقترب الحوسبة الكمومية أكثر فأكثر من حل المشكلات العلمية والصناعية المعقدة في العالم الحقيقي.
التعليقات