ستيف بريرلي يرى أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يجب أن تطبق تقنيات شاملة لتصحيح الأخطاء قبل أن تصبح مفيدة للمجتمع بشكل كامل
"لا توجد حجج مقنعة تشير إلى أنه سيتم العثور على تطبيقات قابلة للتطبيق تجاريا لا استخدام رموز تصحيح الأخطاء الكمومية والحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء. هكذا صرح الفيزيائي جون بريسكيل من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا أثناء حديثه في نهاية 2023 في اجتماع Q2B23 في كاليفورنيا. بكل بساطة، أي شخص يريد بناء حاسوب كمي عملي سيحتاج إلى إيجاد طريقة للتعامل مع الأخطاء.
أصبحت أجهزة الكمبيوتر الكمومية أكثر قوة من أي وقت مضى، ولكن وحدات بنائها الأساسية - البتات الكمومية أو الكيوبتات - معرضة للخطأ بشكل كبير، مما يحد من استخدامها على نطاق واسع. لا يكفي مجرد بناء أجهزة كمبيوتر كمومية تحتوي على عدد أكبر وأفضل من الكيوبتات. سيتطلب إطلاق الإمكانات الكاملة لتطبيقات الحوسبة الكمومية أجهزة وأدوات برمجية جديدة يمكنها التحكم في الكيوبتات غير المستقرة بطبيعتها وتصحيح أخطاء النظام بشكل شامل 10 مليار مرة أو أكثر في الثانية.
أعلنت كلمات بريسكيل بشكل أساسي عن فجر ما يسمى ب تصحيح الخطأ الكمي عصر (QEC). مراقبة الجودة إنها ليست فكرة جديدة، وقد قامت الشركات منذ سنوات عديدة بتطوير تقنيات لحماية المعلومات المخزنة في الكيوبتات من الأخطاء وفك الترابط الناجم عن الضوضاء. لكن الجديد هو التخلي عن فكرة أن الأجهزة متوسطة الحجم الصاخبة الموجودة اليوم يمكن أن تتفوق على أجهزة الكمبيوتر العملاقة الكلاسيكية وتقوم بتشغيل التطبيقات المستحيلة حاليًا.
من المؤكد أن NISQ - وهو المصطلح الذي صاغه بريسكيل - كان بمثابة نقطة انطلاق مهمة في رحلة التسامح مع الأخطاء. لكن يجب على الصناعة الكمومية والمستثمرين والحكومات أن يدركوا الآن أن تصحيح الأخطاء هو التحدي الأبرز للحوسبة الكمومية.
مسألة وقت
لقد شهدت QEC بالفعل تقدمًا غير مسبوق في العام الماضي وحده. في عام 2023 شراء مراجعات جوجل أثبت أن نظام 17 بت يمكن أن يتعافى من خطأ واحد ونظام 49 بت يمكن أن يتعافى من خطأين (الطبيعة 614 676). أمازون أصدرت شريحة تقوم بقمع الأخطاء 100 مرة، بينما علماء آي بي إم اكتشف نظامًا جديدًا لتصحيح الأخطاء يعمل مع عدد أقل بـ 10 مرات من الكيوبتات (أرخايف: 2308.07915). ثم في نهاية العام، أنتجت شركة Quera الكمومية بجامعة هارفارد أكبر عدد من الجسيمات الكيوبتات المصححة للأخطاء .
يعد فك التشفير، الذي يحول العديد من الكيوبتات المادية غير الموثوقة إلى واحدة أو أكثر من الكيوبتات "المنطقية" الموثوقة، إحدى تقنيات QEC الأساسية. وذلك لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية واسعة النطاق ستولد تيرابايت من البيانات في كل ثانية، والتي يجب فك تشفيرها بنفس سرعة الحصول عليها لمنع انتشار الأخطاء وجعل الحسابات عديمة الفائدة. إذا لم نتمكن من فك التشفير بالسرعة الكافية، فسنواجه مشكلة تراكم البيانات المتزايد بشكل كبير.
استراتيجية الكم الوطنية للمملكة المتحدة هي خطة يمكننا جميعًا أن نؤمن بها
قدمت شركتي الخاصة – Riverlane – العام الماضي أقوى وحدة فك ترميز كمومية في العالم. تعمل وحدة فك التشفير لدينا على حل مشكلة التراكم هذه، ولكن لا يزال هناك حل الكثير من العمل للقيام به. تعمل الشركة حاليًا على تطوير "وحدات فك التشفير المتدفقة" التي يمكنها معالجة التدفقات المستمرة لنتائج القياس فور وصولها، وليس بعد انتهاء التجربة. وبمجرد أن نحقق هذا الهدف، سيكون هناك المزيد من العمل الذي يتعين علينا القيام به. وأجهزة فك التشفير ليست سوى جانب واحد من QEC - فنحن نحتاج أيضًا إلى "أنظمة تحكم" عالية الدقة وعالية السرعة لقراءة وكتابة الكيوبتات.
مع استمرار أجهزة الكمبيوتر الكمومية في التوسع، يجب أن تعمل أنظمة فك التشفير والتحكم هذه معًا لإنتاج كيوبتات منطقية خالية من الأخطاء، وبحلول عام 2026، تهدف Riverlane إلى بناء وحدة فك تشفير قابلة للتكيف، أو في الوقت الفعلي. آلات اليوم قادرة فقط على إجراء بضع مئات من العمليات الخالية من الأخطاء، لكن التطورات المستقبلية ستعمل مع أجهزة الكمبيوتر الكمومية القادرة على معالجة مليون عملية كمية خالية من الأخطاء (المعروفة باسم MegaQuOp).
إن شركة Riverlane ليست وحدها في مثل هذه المساعي، حيث تقوم شركات الكم الأخرى الآن بإعطاء الأولوية لشركة QEC. لم تعمل شركة IBM سابقًا على تقنية QEC، وركزت بدلاً من ذلك على عدد أكبر وأفضل من الكيوبتات. لكن الشركة خارطة الطريق الكمومية لعام 2033 ينص على أن شركة IBM تهدف إلى بناء آلة بسعة 1000 كيوبت بحلول نهاية العقد، وتكون قادرة على إجراء حسابات مفيدة - مثل محاكاة عمل جزيئات المحفز.
في هذه الأثناء، كويرا وكشفت مؤخرا عن خارطة الطريق الخاصة بها الذي يعطي الأولوية أيضًا لـ QEC، في حين أن استراتيجية الكم الوطنية في المملكة المتحدة تهدف إلى بناء أجهزة كمبيوتر كمومية قادرة على تشغيل تريليون عملية خالية من الأخطاء (TeraQuOps) بحلول عام 2035. وقد نشرت دول أخرى خططًا مماثلة ويبدو أن هدف 2035 قابل للتحقيق، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن مجتمع الحوسبة الكمومية بدأ في استهداف أجهزة أصغر وتدريجية - ولكن بنفس القدر من الطموح - الأهداف.
تهيئة المشهد لسوق كمومية: أين تتجه الأعمال الكمية وكيف يمكن أن تتطور
ما يثيرني حقًا بشأن استراتيجية الكم الوطنية في المملكة المتحدة هو هدف الحصول على آلة MegaQuOp بحلول عام 2028. مرة أخرى، هذا هدف واقعي - في الواقع، أود أن أزعم أننا سنصل إلى نظام MegaQuOp عاجلاً، ولهذا السبب سيكون حل Riverlane QEC، Deltaflow، جاهزًا للعمل مع أجهزة MegaQuOp هذه بحلول عام 2026. لا نحتاج إلى أي فيزياء جديدة جذريًا لبناء حاسوب كمي MegaQuOp - وستساعدنا مثل هذه الآلة على فهم الأخطاء الكمومية وتعريفها بشكل أفضل.
بمجرد أن نفهم هذه الأخطاء، يمكننا البدء في إصلاحها والمضي قدمًا نحو أجهزة TeraQuOp. يعد TeraQuOp أيضًا هدفًا عائمًا - حيث يمكن أن تؤدي التحسينات في كل من QEC وأماكن أخرى إلى تحقيق هدف 2035 قبل بضع سنوات.
إنها مسألة وقت فقط قبل أن تصبح أجهزة الكمبيوتر الكمومية مفيدة للمجتمع. والآن بعد أن أصبح لدينا تركيز منسق على تصحيح الخطأ الكمي، فسوف نصل إلى نقطة التحول هذه عاجلاً وليس آجلاً.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://physicsworld.com/a/why-error-correction-is-quantum-computings-defining-challenge/
