🌷 🔴 👡 الوافد الجديد في الحوسبة الكمومية بتكنولوجيا فريدة 👨🏼‍🌾 🛣️ 🧔🏼

سوف تضع شركة Honeywell أجهزة الكمبيوتر الكمومية على الأيونات الملتقطة في سحابة الكم من Microsoft

لسنوات عديدة ، كان العلماء يطورون أنظمة مختلفة يمكن تنفيذ الخوارزميات الكمية عليها. يتمتع معظمهم بميزة واحدة أو اثنتين - سهولة في التعامل أو القدرة على الاحتفاظ بحالتهم لفترة أطول من غيرها - ومع ذلك ، لا توجد صفات إيجابية أخرى تمنعهم من أن يصبحوا حلولًا عملية للحوسبة. ومع ذلك ، في السنوات الأخيرة ، توصلت بعض الشركات إلى كيفية التعامل مع عدد كبير من الكيوبتات الصلبة - ما يسمى الإرسال . نظرًا لأن تقنية إنتاج المرسلات تشبه إنتاج الرقائق التقليدية ، فقد استقر العديد من اللاعبين في السوق الناشئة - بما في ذلك Google و IBM و Rigetti - على المرسلات.

ومع ذلك ، فإن عمليات الإرسال ليست مثالية. إنها تتطلب درجات حرارة منخفضة للغاية ، وتنوعًا منخفضًا من جهاز لآخر ، وتحمل حالتها بشكل جيد ، ولكن ليس تمامًا. يعتقد العديد من الخبراء في هذا المجال أن هناك تقنية أخرى لا تزال لديها فرصة لتجاوز الإرسال.

والآن ، تراهن شركة جديدة على سوق الحوسبة الكمومية على ذلك. أعلنت شركة Honeywell ، وهي شركة معروفة أكثر كمورّد لوزارة الدفاع ، عن إنشاء كمبيوتر كمومي يعتمد على التكنولوجيا البديلة لـ "المصائد الأيونية" ، وسيتيح هذا العام الوصول إلى أجهزة الكمبيوتر الخاصة بها من خلال خدمة السحابة من Microsoft Azure. تدعي الشركة أيضًا ، وفقًا لبعض التقديرات ، أن هذا هو أقوى جهاز كمبيوتر كمومي تم إنشاؤه حتى الآن ، ومع ذلك ، يجب أخذ هذا البيان بعناية فائقة.

محاصر

تعمل الكوبتات الانتقالية عندما يتم تعميم التيار في حلقة من سلك فائق التوصيل موصل بالرنان ، مما يجعل من الممكن التحكم في الحالة الحالية وقراءتها. ومع ذلك ، نظرًا لأنه يجب تصنيع السلك فائق التوصيل والمرنان في الإنتاج ، فقد يؤدي ذلك إلى ظهور اختلافات صغيرة بين وحدات البتات الفردية. بالإضافة إلى ذلك ، يجب الحفاظ على كل هذا الحديد عند درجة حرارة منخفضة للغاية ، فقط أعلى بقليل من الصفر المطلق ، من أجل الحفاظ على هذه الأجسام الكبيرة نسبيًا في حالتها الكمية الرئيسية.

توفر الأيونات المشتعلة فرصة للتغلب على بعض هذه المشاكل. يتكون الكيوبت نفسه من عدد قليل من الذرات - في حالة هانيويل ، من اثنتين. يؤكد رئيس شركة Honeywell للحلول الكمية ، توني أتلي ، على أن هذه الحقيقة تقضي على مشاكل الإنتاج ، حيث أن كل جهاز له نفس خصائص الذرة المستخدمة (في هذه الحالة ، الإيتيربيوم). قال لنا أتلي: "كل كيوب يبدأ بمثالية". "أي خطأ يقع من البنية التحتية المحيطة".

بفضل خبرة Honeywell في تصنيع ودمج هذه البنية التحتية ، فإن مهندسي الشركة في وضع مثالي لتقليل هذه الضوضاء. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تبريد مجموعات صغيرة من الذرات باستخدام أشعة الليزر. على الرغم من أن درجة الحرارة المحيطة يجب أن تبقى منخفضة للغاية ، إلا أنها لا تحتاج إلى الوصول إلى درجات الحرارة القصوى اللازمة للإرسال.

في حالة هانيويل ، لم يكن من السهل تبريد ذرات الإيتيربيوم بالليزر ، لذا أضافت الشركة بضع ذرات الباريوم إلى النظام وبردتها بالليزر. من السهل تبريد مجموعة من أربعة أيونات والتحكم فيها ، وهي كافية للحفاظ على البيئة عند درجة حرارة 12 ك. على الرغم من أن الهيليوم السائل مطلوب لذلك ، إلا أنه لا يتطلب معدات تبريد التسييل المتطورة المطلوبة للحديد من Google و IBM.

نظرًا لشحن الأيونات ، يمكن نقلها داخل الجهاز ببساطة عن طريق تغيير الحقول الكهربائية المحلية باستخدام 200 قطب كهربائي مدمج في الجهاز. يمكن التحكم في حالة الإلكترونات في الأيونات باستخدام أشعة ليزر ذات طول موجي معين ، قادرة على وضع الإلكترونات في تراكب مع حالات الطاقة المحتملة. يمكن تنفيذ التشابك والعمليات المنطقية المختلفة ببساطة عن طريق تحريك أيونين أقرب لبعضهما البعض ، واستخدام أشعة الليزر التي تعمل مع كليهما في وقت واحد. تتم القراءة عن طريق تحفيز الأيونات بواسطة ليزر آخر ، مما يجبر الأيونات على إصدار فوتون ، والذي يمكن من خلاله الحكم على حالتها.

جهاز هانيويل

يمكن اعتبار جهاز من شركة Honeywell بمثابة خط من الأجهزة الفردية. تأتي الأيونات من طرف واحد ، والتي تتحرك بعد ذلك على طول المقاطع المتتالية ، حيث يمكن تأجيلها للتخزين أو تشعيعها بالليزر التي تتلاعب بالكيوبتات. يمكن تنفيذ العمليات المنطقية (المكافئ الكمي لـ AND و NOT) ببساطة عن طريق وضع أيونين جنبًا إلى جنب وإجراء عملية عليها في وقت واحد. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تقسيم مجموعات من أربعة أيونات (اثنان ytterbium ، واثنين من الباريوم) إلى قسمين ، أو يمكن الجمع بين مجموعتين من أيونات.

يتحدث الجهاز هانيويل اليوم عن محاذاة أربعة كيلوبايت على نفس الخط من خطوات التخزين والمعالجة هذه. ومع ذلك ، يوضح الرسم التخطيطي للجهاز أيضًا خطين إضافيين لمراحل التخزين والمناولة ، بدءًا من جانبي الخط المستخدم في التجارب الأولية. يتوافق هذا مع ما قاله Attley: يعتقد Honeywell أنه يمكن تحجيم الجهاز بسرعة وأنه يمكن إضافة وحدات Qb إضافية إضافية سنويًا دون تغيير البنية على مستوى أساسي. لذا ، على الرغم من أن أربعة كيلوبتات ليست كافية مقارنة بما تم الحصول عليه على الأجهزة ذات الإرسال ، تعتقد الشركة أنه يمكنها سد هذه الفجوة بسرعة.

هناك حاجة إلى الكثير من أشعة الليزر للتحكم في حالة الكيوبت

أحد الجوانب المثيرة للاهتمام لمثل هذا المخطط ، والتي ، وفقًا لأتلي ، تفتقر إليها الأنظمة التجارية الأخرى القائمة ، هي القدرة على قياس الكوبت بشكل فردي ، دون إزعاج أي أجزاء أخرى من النظام. (من الناحية الفنية ، يتم ذلك باستخدام العملية مع الاسم الرائع CNOT - مروحة التحريك الكمي). يسمح للكمبيوتر بأداء ما يعادل التفرع IF ، وتغيير الخوارزمية بناءً على نتائج قياس كيوبت واحد. بعد القياس ، يمكن أيضًا استعادة qubit إلى حالتها الأصلية وإعادة استخدامها لمزيد من الحسابات.

تتصرف المكونات الفردية للنظام بشكل مثالي. إحدى المشكلات المحتملة هي "أخطاء إعداد وقياس الحالة" ، والتي تم اختصارها إلى الرسائل الاقتحامية [أخطاء إعداد وقياس الحالة]. في هذه الحالة ، وجد باحثون من هانيويل أن الرسائل الاقتحامية تسيطر عليها أخطاء القياس ، لكنها تحدث في أقل من 1٪ من الحالات. بالنسبة للبوابات أحادية البتات ، تحدث الأخطاء بترتيب من حجم أقل في كثير من الأحيان ، بالنسبة لبوابات ثنائية البتات ، على مستوى مماثل. وكل هذا أقل بكثير من مؤشرات الإرسال العادية.

حول مؤشر الأداء هذا

تقدم شركة Honeywell هذا على أنه "أقوى كمبيوتر كمومي في العالم" ، ومع ذلك ، فإن صحة العبارة تعتمد إلى حد كبير على مخططات قياس السرعة المستخدمة. تستخدم شركة Honeywell مقياسًا تحدده شركة IBM ويطلق عليه "حجم الكم". سنقتبس جزءًا من تحليل الحجم الكمي الذي أجراه كريس لي ، لأنه يصف اتصاله بالكمبيوتر من Honeywell جيدًا:

نظرًا لأن البوابات الكمومية يمكن أن تعطي دائمًا خطأ ، فهناك أقصى عدد من العمليات التي يمكن إجراؤها قبل أن يكون من غير المعقول اعتبار حالة qubit صحيحة. هذا المبلغ ، مضروبًا في عدد وحدات البتات ، يعطينا عمق الدائرة. إذا تم استخدامها بأمانة ، فهي تصف بدقة ما يمكن لجهاز الكمبيوتر الكمومي القيام به.

تكمن المشكلة في العمق في أنه يمكنك الحفاظ على إجمالي عدد وحدات البت (Qbits) ثابتة (وصغيرة) ، مما يقلل نسبة الأخطاء إلى قيم صغيرة جدًا. ونتيجة لذلك ، تحصل على عمق كبير ، ولكن في نفس الوقت اتضح إجراء الحسابات التي تتناسب مع عدد وحدات البت التي لديك. سيظل الكمبيوتر الكمومي الذي يبلغ حجمه 2 بتة عميقًا عديم الفائدة.

اتضح أن الغرض من التقييم هو التعبير عن القدرات الحسابية للمؤشر ، والذي يتضمن عدد وحدات البت (Qbits) وعمق الدائرة. بالنسبة لحجم معين من الخوارزمية والمشكلة ، سيكون هذا هو الحد الأدنى من عدد البتات المطلوبة للحسابات. واعتمادًا على اتصال الكيوبتات مع بعضها البعض ، لتطبيق الخوارزمية ، سيكون هناك عدد معين من العمليات المطلوبة. يعبر الباحثون عن هذا الرقم من خلال مقارنة الحد الأقصى لعدد وحدات البت التي تنطوي عليها الحسابات مع عمق الدائرة ، وتربيع الحد الأدنى من هذين المؤشرين. لذا فإن أقصى حجم كمي ممكن سيكون ببساطة عدد وحدات البت المربعة.

كما ذكر أعلاه ، تشير شركة Honeywell إلى معدل خطأ منخفض للغاية ، مما يعني أن كل عملية حسابية تعمل على أربعة كيلوبايت من جهاز الكمبيوتر الخاص بها لن تحتوي على الأرجح على أخطاء. وبما أنه يمكن نقل الأيونات داخل الجهاز حسب الرغبة ، فيمكن توصيلها ببعضها البعض بشكل تعسفي. اتضح أن الحجم الكمي يساوي عدد البتات المربعة. يختلف هذا عن أداء المعدات التي تستخدمها Google و IBM ، حيث تزيد عدد البتات التي تبلغ 10 أضعاف عدد وحدات البت ، ولكن لا يمكن ربط عدد أكبر من الأخطاء ، وعدد وحدات البت التي لها عدد قليل من الوحدات المجاورة.

ونتيجة لذلك ، لكي تتمكن آلة من شركة Honeywell من اللحاق بآلات منافسيها من حيث الحجم الكمي ، لا يتعين عليها إضافة عدد كبير جدًا من البتات الإضافية. تسمح لك بنية الجهاز التي تصفها اليوم بالتأكيد بإضافة وحدات كوبيت إليها. ونتيجة لذلك ، تدعي الشركة حجمًا كميًا يبلغ 64 ، مما يعني ثمانية كيلوبايت ، وهناك كل سبب لتصديقه.

ومع ذلك ، إذا كانت IBM قد أدخلت بالفعل جهاز كمبيوتر يحتوي على ما يقرب من 64 كيلو بايت حقيقي ، ويجب على Google أن تحذو حذوها قريبًا ، فهل سيصنع الطقس ثمانية كيلو بايت فقط؟ الجواب ، كالعادة ، غامض. ستعتمد بعض الخوارزميات بشكل كبير على اتصال الكيبات. وعلى الرغم من أنه يمكن إطلاقها على أجهزة أكبر ذات اتصال أقل ، إلا أن هذا سيتطلب أن يعمل عدد أكبر من الكوبيتات كوصلات ربط ، وينظم اتصالًا مكافئًا ، وقد يكون كل منها قادرًا على إدخال خطأ في الحسابات. يمكن أن يؤدي الاتصال العالي لآلة Honeywell إلى تعويض الحاجة إلى عمليات إضافية ، ولا تزال العمليات ليست المصدر الرئيسي للأخطاء. ايون فخ عن قرب. مناطق مختلفة لتخزين ومعالجة الكوبيت مرئية

وهناك أيضًا مشكلة التحجيم. قال أتلي إن الشركة يجب أن تكون قادرة على زيادة حجمها الكمي بأمر من الحجم سنويًا على مدى السنوات الخمس المقبلة ، الأمر الذي سيتطلب إضافة 3-4 كيلوبايت في السنة. هذا يعني أنه حتى بعد خمس سنوات ، سيكون للكمبيوتر حوالي 30 كيلو بت - نصف الأداء الحالي للمنافسين. وفي الوقت نفسه ، تعمل Google و IBM على تقليل الأخطاء وإضافة اثنتي عشرة كيلوبايت إلى أجهزتهم كل بضع سنوات.

إذا تحققت خطط جميع الشركات ، فسيصبح الوضع مثيرًا للاهتمام في غضون سنوات قليلة. سوف تتمتع شركة Honeywell بميزة كبيرة في الحجم الكمي ، وسيكون لدى منافسيها بالحديد على أجهزة الإرسال ترتيبًا بحجم أكبر. وفي الوقت نفسه ، تنوي الفرق التي تستخدم أجهزة الإرسال إنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية بتصحيح الأخطاء ، الأمر الذي سيتطلب آلاف الكوبتات - مما يعني أن الباحثين يتوقعون أنه من مرحلة ما سيتعلمون إضافة مئات الكوبتات مع كل جيل جديد من الرقائق.

نظرًا لأنه من غير الواضح متى ، وفقًا للشركات ، يجب أن يبدأ هذا النمو للكيوبتات ، فمن غير الواضح كيف يمكن لمخرج هانيويل تغيير المشهد التنافسي.

ماذا سيكون لدينا حتى الآن

شركة Honeywell ، وهي شركة تقوم أقسامها بكل شيء من السلع الرياضية إلى التعاقد مع الجيش ، هي بالتأكيد منافس غير عادي في سوق يهيمن عليها مزيج من الشركات الناشئة وشركات الحوسبة التقليدية. ومع ذلك ، أخبرت الشركة قصة متسقة لدخولها إلى السوق: كجزء من عملها التصنيعي ، طورت شركة Honeywell العديد من مكونات الكمبيوتر على الفخاخ الأيوني - مثل الضوئيات ، المبردات ، أنظمة التفريغ - لأغراض أخرى. وقالت مجموعة من العلماء من الشركة أن إمكانات هذه المنطقة كبيرة بما يكفي لتكون جديرة بمحاولة تطويرها. وبما أن شركة Honeywell هي شركة كبيرة ، فقد تمكنت من توظيف مجموعة قوية إلى حد ما من الأشخاص المتحمسين لتطوير هذا المشروع.

مثل شركات أخرى في هذا المجال ، قررت شركة Honeywell أن معظم الشركات لا ترغب في إنشاء بنيتها التحتية الخاصة التي يمكن أن يعمل فيها نظام تبريد الهيليوم السائل. لذلك ، سوف توفر شركة Honeywell الوصول إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية من خلال السحابة. كما اتفقت مع Microsoft حتى يمكن الوصول إلى النظام من خلال خدمة Azure.

لكتابة البرامج المستخدمة في العمل الحالي ، قام باحثو Honeywell بتكييف Qiskitمن IBM ، أداة مفتوحة المصدر تسمح لك بوصف الخوارزميات الكمية في نموذج غير مرتبط بجهاز معين ، ثم إصدار أوامر حقيقية لتشغيل البرنامج على جهاز معين (شيء مثل مترجم عبر الأنظمة الأساسية). وبالتالي تأمل الشركة في الاستفادة من حلول الخبراء القائمة. قد يعني هذا أيضًا أن الشركات ستكون قادرة على تطوير مجموعة من الخوارزميات الكمية ، ثم تشغيلها على أي أنظمة بالخصائص التي تحتاجها - اتصال عالي أو عدد كبير من وحدات البت - لتحقيق الأداء اللازم.

الأصدقاء والمنافسين

ربما بسبب إدخال بنية جديدة تمامًا ، قامت الشركة بدمج الإعلان عن تقنيتها مع مساهمتين للشركات التي تقوم بالفعل بتطوير خوارزميات الكم. كما أعلنت أن عملاق المالية JPMorgan Chase سيعمل مع Honeywell لاستكشاف إمكانيات استخدام نظامها لتطوير الخوارزميات المالية. هذا لا يعني أن النظام جاهز تمامًا للاستخدام ؛ لقد تحدثنا بالفعل مع أشخاص من JPMorgan Chase ، وقالوا إنهم يحاولون ضمان أن الشركة جاهزة تمامًا لأجهزة الكمبيوتر الكمومية العملية.

كل هذا يشهد لصالح حقيقة أن هانيويل تأخذ تطوراتها على محمل الجد وتأمل أن تصبح واحدة من المنافسين الرئيسيين في مجال الحوسبة الكمومية. وإذا تحققت توقعاتها للمستقبل ، فمن المحتمل أن تكون كذلك.

قد يميل المراقب إلى مقارنة الوضع مع التنافس بين بنيات الكمبيوتر التقليدية ، حيث يقاتل x86 و ARM بنشاط اليوم. ومع ذلك ، يتم تصنيع هذه البنى المختلفة باستخدام نفس الأساليب والعمل مع نفس المكونات. في الحالة الموصوفة ، يعتمد معماريان متنافسان على أنظمة مختلفة تمامًا جسديًا ، حيث تتزامن بعض قواعد العمل فقط. هذه مجموعة مختلفة تمامًا من الشروط ، وأكثر إثارة للاهتمام.