قياس التقدم في عصر الحوسبة الكمومية الصاخبة

يقترح مفهوم "الحجم الكمي" الخاص بشركة IBM نقل قياس التقدم في الحوسبة الكمية إلى ما هو أبعد من مجرد حساب الكيوبتات

صاغت شركة IBM مصطلح "الحجم الكمي" لقياس التقدم في الحوسبة الكمومية بينما لا تزال تقنية الكم بعيدة عن المثالية



. يمكن أن يكون قياس تقدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية في عصر الحوسبة الكمومية "الصاخبة" أمرًا صعبًا. استقرت بعض الشركات ، ولا سيما IBM و Honeywell ، على مثل هذا التقدم مثل "الحجم الكمي". ومع ذلك ، لا تتفق جميع الشركات والباحثين على فائدة هذا المقياس في عالم الحوسبة الكمومية.



في عالم مثالي ، يمكن للباحثين قياس تقدم الحوسبة الكمومية بناءً على عدد بتات الكم (كيوبت) في كل من أجهزة الكمبيوتر. ومع ذلك ، فإن الضوضاء الصادرة عن الحركة الحرارية أو المصادر الكهرومغناطيسية تهدد باستمرار بالتدخل المدمر في الحسابات التي تقوم بها الكيوبتات الهشة. نتيجة لذلك ، من الصعب جدًا إجراء تقييم موثوق لإمكانيات أجهزة الكمبيوتر الكمومية بناءً على العدد الإجمالي للكيوبتات وحدها. لذلك ، اقترح باحثون من شركة IBM تقديم مفهوم الحجم الكمي كمقياس أكثر موثوقية قابل للتطبيق في هذه المرحلة من تطوير التكنولوجيا غير المثالية للحوسبة الكمومية.



يقول جاي جامبيتا ، عالم الأبحاث ونائب رئيس الحوسبة الكمومية في شركة آي بي إم: "يمكنك التفكير في الحجم الكمي باعتباره متوسط ​​عدد الدوائر في الكمبيوتر الكمومي الذي يعمل في ظل أسوأ الظروف" . "النتيجة تعني أنه إذا كانت هذه" الحالة الأسوأ "ممكنة ، فسيكون حجم الكم مقياسًا لجودة الدوائر. كلما زادت الجودة ، زادت تعقيد الدوائر التي يمكن أن تعمل على أجهزة الكمبيوتر الكمومية. "



وبشكل أكثر تحديدًا ، عرّف فريق IBM الحجم الكمي على أنه اثنين من الطاقة المقابلة لحجم أكبر سلسلة بنفس العرض والعمق ، وهي قادرة على اجتياز اختبارات موثوقية معينة. يقول دانيال ليدار إن التجارب تتحقق من صحة البوابات العشوائية ثنائية الكيوبت، مدير مركز علوم وتكنولوجيا المعلومات الكمية في جامعة جنوب كاليفورنيا في لوس أنجلوس. يتم تحديد حجم السلسلة إما عن طريق العرض ، بناءً على عدد الكيوبت ، أو بالعمق ، بناءً على عدد الأقفال. في هذه الحالة ، يكون العرض والعمق متساويين من الناحية الكمية.



هذا يعني أن نظام الحوسبة الكمومية المكون من 6 كيوبت سيكون له حجم كمي يساوي 2 أس 6 أو 64 - ولكن فقط إذا كانت الكيوبتات الخاصة به تعتمد قليلاً نسبيًا على الضوضاء ، دون إعطاء أخطاء مرتبطة. لذلك ، لتحديد حجم الكم ، من المهم اختيار اختبار موثوقية محدد.



ليدار ، الذي لم يشارك في مفهوم الحجم الكمي ، يعتبره مقياسًا مفيدًا لأجهزة الكمبيوتر الكمومية اليوم. يطلق على تقنيتهم ​​اسم Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ). يصف هذا المقياس بشكل مثالي أداء أجهزة الكمبيوتر الكمومية في عصر NISQ. يتميز هذا العصر بحقيقة أن الضوضاء لا تزال أحد العوامل الرئيسية التي تحد من عمق دوائر العمل الموثوقة ".



منذ أن بدأت شركة IBM في استخدام المصطلح بنشاط في أواخر عام 2019 ، أصبح الحجم الكمي شائعًا بالفعل في أوراق الحوسبة الكمومية والبيانات الصحفية من شركة IBM وشركات أخرى ، ولا سيما شركة هانيويل . ومع ذلك ، فقد أعرب مدير شركة تكنولوجيا واحد على الأقل بالفعل عن فكرة أن فائدة المصطلح ستنفد قريبًا.



في مقابلة مع IonQ ، ناقشًا أحدث التطورات في أجهزة الكمبيوتر الكمومية من IonQ ، وصف بيتر تشابمان كيف يمكن للحد من الضوضاء أن يصنع نظامًا عالي الدقة 32 كيوبت بحجم كمي يبلغ حوالي 4 ملايين. سيتعين على الباحثين تغيير التعريف حتى يظل مفيدًا.



ومع ذلك ، لا يوافق ليدار على أن مصطلح "الحجم الكمي" سوف يختفي بسرعة في النسيان. ويشير إلى حقيقة أن الحجم الكمي سينمو بسرعة كبيرة فقط بسبب الجزء من التعريف الذي يتم فيه رفع اثنين إلى القوة. وأضاف أن شركة آي بي إم لم تستخدم هذا الأُس في وظيفتها الأولى.حول هذا الموضوع المنشور في عام 2017. يقول ليدار: "إنه مجرد خلل في التعريف نفسه".



يقول ليدار إن أسهل طريقة هي تحديد الحجم الكمي وفقًا لأكبر عدد من الكيوبتات أو البوابات ، وليس استخدام الأس.



لا يعتبر الجميع الحجم الكمي مقياسًا مهمًا أو ضروريًا لتقييم تقدم الحوسبة الكمومية. يقول سكوت آرونسون ، عالم الكمبيوتر ومدير مركز المعلومات الكمومية في جامعة تكساس في أوستن ، إنه من غير الواضح ما إذا كان يجب تقليص تقدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى مقياس واحد على الإطلاق . سلط الضوء على هذه الأسئلة وغيرها حول الموضوع في مقالته " البرغي في الحجم الكمي " [ الحجم - الحجم ، وكذلك الحجم / تقريبًا. ترجمة. ].



يقول آرونسون: "هذا مجرد مؤشر مستهلك عام آخر ممكن لبرودة أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، من بين البدائل التي لا تعد ولا تحصى".



من وجهة نظر عملية ، فقط اللاعبين الكبار في الصناعة مثل آي بي إم قلقون بشأن الحجم الكمي. هكذا قال جواد شباني ، أستاذ الفيزياء المشارك ورئيس مختبر الشباني في جامعة نيويورك. لا يستطيع هو والباحثون الآخرون عادةً الوصول إلى مثل هذه الأنظمة الكمومية الكبيرة ، حتى مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن المزيد والمزيد من الشركات توفر الوصول السحابي إلى مثل هذه الأنظمة للمبرمجين.



ومع ذلك ، يرى الشاباني أن الحجم الكمي مفهوم مفيد ، يحدد بشكل أكثر جدوى التقدم في الحوسبة الكمومية من مجرد حساب الكيوبتات. هو ، مثل Lidar ، يقترح ترك الحجم الكمي في العمل بينما الضوضاء هي العامل المحدد - سواء كانت السنوات الخمس القادمة أو العشر سنوات القادمة.



يقول شباني: "إذا كان بإمكانك إنشاء كيوبت منطقي محصن ضد الضوضاء ، فإن مفهوم الحجم الكمومي سيختفي ببطء بشكل طبيعي".