تحديثات على خرائط الطريق لتصحيح الأخطاء الكمومية

حلقة نقاش:
يوفال بوجر، QuEra Computing (الرئيس التجاري)
مايكل نيومان، Google Quantum AI (عالم أبحاث)
جيريمي ستيفنز، أليس وبوب (قائد التطوير التقني)
Pshemek Bienias عالم أبحاث AWS
جين سونغ كيم، نفيديا.

أعلنت Nvidia و Infleqtion”https://developer.nvidia.com/blog/nvidia-cuda-q-runs-breakthrough-logical-qubit-application-on-infleqtion-qpu/” الهدف=”_blank” rel=”noopener”> اختراق جديد. استخدمت Infleqtion، الشركة الرائدة عالميًا في مجال الحوسبة الكمومية الذرية المحايدة، منصة NVIDIA CUDA-Q لمحاكاة أول عرض على الإطلاق لتجربة علوم المواد على الكيوبتات المنطقية، ثم تنسيقها على وحدة المعالجة الكمية الفيزيائية Sqale (QPU).

إن الكيوبتات، وهي الوحدات الأساسية للمعلومات في الحوسبة الكمومية، معرضة للأخطاء، ولا يمكن الاعتماد عليها إلى حد كبير لإجراء تنبؤات ذات معنى. الكيوبتات المنطقية، وهي مجموعات من العديد من الكيوبتات الفيزيائية المزعجة التي تشفر المعلومات الكمومية بحيث يمكن تصحيح الأخطاء، تتغلب على هذا القيد. يمكن للبتات الكمومية المنطقية إجراء حسابات كمومية تتسامح مع الضوضاء البيئية وأخطاء الأجهزة، والمعروفة أيضًا باسم الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء.

يتمثل الاختبار الرئيسي للبتات الكمومية المنطقية في ملاحظة انخفاض معدل الخطأ مقارنةً بالبتات الكمومية المادية الصاخبة المكونة لها. وتظهر نتائج Infleqtion ذلك بشكل مقنع عبر مجموعة من المدخلات.

يمكن لـ QuEra تسريع حل الكمبيوتر الكمي بمقدار 30 مرة من خلال العمل الجديد لتصحيح الأخطاء.

نشرت أليس وبوب أ”https://alice-bob.com/newsroom/alice-bob-quantum-computing-roadmap/” الهدف=”_blank” rel=”noopener”>خريطة طريق الحوسبة الكمومية للوصول إلى 100 بتة منطقية في عام 2030.

توضح خارطة الطريق خمسة معالم رئيسية في خطة Alice & Bob لتقديم حاسوب كمي عالمي متسامح مع الأخطاء بحلول عام 2030:

المعلم الرئيسي 1: إتقان Cat Qubit
تم تحقيقه في عام 2024 مع سلسلة شرائح Boson، وقد أدى هذا الإنجاز إلى إنشاء وحدة بت كمومية موثوقة وقابلة للتكرار قادرة على تخزين المعلومات الكمومية مع مقاومة أخطاء قلب البتات.
المعلم الثاني: بناء كيوبت منطقي
حاليًا قيد التطوير باستخدام سلسلة شرائح الهيليوم، تركز هذه المرحلة على إنشاء أول كيوبت منطقي لتصحيح الأخطاء للشركة يعمل تحت عتبة تصحيح الخطأ.
المعلم الرئيسي 3: الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء
من خلال سلسلة شرائح الليثيوم القادمة، تهدف Alice & Bob إلى توسيع نطاق أنظمة البت الكمي المتعددة المنطقية وإظهار أول بوابة منطقية مصححة للأخطاء.
المعلم الرابع: الحوسبة الكمومية العالمية
ستمكن سلسلة شرائح البريليوم مجموعة عالمية من البوابات المنطقية التي يتم تمكينها بواسطة مصانع الحالة السحرية وتصحيح الأخطاء المباشر، مما يفتح القدرة على تشغيل أي خوارزمية كمومية.
المعلم الخامس: الحوسبة الكمومية المفيدة
ستوفر سلسلة شرائح الجرافين، التي تضم 100 كيوبت منطقية عالية الدقة، حاسوبًا كميًا قادرًا على إظهار الميزة الكمومية في حالات الاستخدام الصناعي المبكرة بحلول عام 2030، مع دمجها في مرافق الحوسبة عالية الأداء الحالية (HPC).

يتطلب تحقيق الميزة الكمية العملية التغلب على الأخطاء الكامنة في الأنظمة الكمومية. يعتمد تصحيح الأخطاء الكمومية عادةً على كيوبتات إضافية لاكتشاف هذه الأخطاء وتصحيحها، لكن متطلبات الموارد تنمو بشكل تربيعي مع التعقيد، مما يجعل الحوسبة الكمومية المفيدة وواسعة النطاق تحديًا كبيرًا.

تقدم الكيوبتات الكمومية الخاصة بقطط أليس وبوب حلاً واعدًا لهذا عنق الزجاجة. تتميز هذه الرقائق فائقة التوصيل بآلية تثبيت نشطة تعمل على حماية الكيوبتات بشكل فعال من بعض الأخطاء الخارجية. وقد مكّن هذا النهج الفريد الكيوبتات الكمومية من تسجيل الرقم القياسي العالمي لحماية البتات، وهو أحد النوعين الرئيسيين من الأخطاء في الحوسبة الكمومية، مما أدى إلى القضاء عليها بشكل فعال.

تعمل هذه الحماية على تقليل تصحيح الأخطاء من مشكلة ثنائية الأبعاد إلى مشكلة أبسط أحادية البعد، مما يسمح بتوسيع نطاق تصحيح الأخطاء بكفاءة أكبر. ونتيجة لذلك، يمكن لأليس وبوب إنتاج كيوبتات منطقية عالية الجودة بدقة تبلغ 99.9999%، وهو ما يسمونه الكيوبت المنطقي “6-تسعات”، وذلك باستخدام جزء صغير من الموارد التي تتطلبها الأساليب الأخرى.

“async” العرض البديل=”956″ الارتفاع=”1024″ بيانات-eio=”l” البيانات-القديم-src=”data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAA7wAAAQAAQAAAADql2gaAAAAAnRSTlMAAHaTzTgAAACPSURBVHja7cExAQAAAMKg9U9tCF+gAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAPgPkDwABP+FKlQAAAABJRU5ErkJggg==” سرك=”https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.51.05-AM-956×1024.jpg” srcset=”https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.51.05-AM-956×1024.jpg 956w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.51.05-AM-280×300.jpg 280w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.51.05-AM-768×822.jpg 768w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.51.05-AM-1435×1536.jpg 1435w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.51.05-AM.jpg 1472w”>”async” العرض البديل=”818″ الارتفاع=”1024″ بيانات-eio=”l” البيانات-القديم-src=”data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAzIAAAQAAQAAAAASW1GoAAAAAnRSTlMAAHaTzTgAAAB+SURBVHja7cEBDQAAAMKg909tDwcUAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAwIcBoA8AAczK14AAAAAASUVORK5CYII=” سرك=”https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.51-AM-818×1024.jpg” srcset=”https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.51-AM-818×1024.jpg 818w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.51-AM-240×300.jpg 240w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.51-AM-768×961.jpg 768w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.51-AM-1227×1536.jpg 1227w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.51-AM.jpg 1408w”>”async” العرض البديل=”835″ الارتفاع=”1024″ بيانات-eio=”l” البيانات-القديم-src=”data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAA0MAAAQAAQAAAAAL0L8OAAAAAnRSTlMAAHaTzTgAAACASURBVHja7cEBDQAAAMKg909tDjegAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAPg2oDwABR7SMZwAAAABJRU5ErkJggg==” سرك=”https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.30-AM-835×1024.jpg” srcset=”https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.30-AM-835×1024.jpg 835w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.30-AM-245×300.jpg 245w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.30-AM-768×941.jpg 768w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.30-AM-1253×1536.jpg 1253w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.30-AM.jpg 1408w”>”async” العرض البديل=”878″ الارتفاع=”1024″ بيانات-eio=”l” البيانات-القديم-src=”data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAA24AAAQAAQAAAACxczduAAAAAnRSTlMAAHaTzTgAAACFSURBVHja7cExAQAAAMKg9U9tDQ+gAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAC+DLwPAAGx2NhSAAAAAElFTkSuQmCC” سرك=”https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.12-AM-878×1024.jpg” srcset=”https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.12-AM-878×1024.jpg 878w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.12-AM-257×300.jpg 257w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.12-AM-768×896.jpg 768w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.12-AM-1317×1536.jpg 1317w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.12-AM.jpg 1464w”>”async” العرض البديل=”945″ الارتفاع=”1024″ بيانات-eio=”l” البيانات-القديم-src=”data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAA7EAAAQAAQAAAAAfaeOqAAAAAnRSTlMAAHaTzTgAAACOSURBVHja7cExAQAAAMKg9U9tCU+gAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA+BuAPAAGYbvd/AAAAAElFTkSuQmCC” سرك=”https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.00-AM-945×1024.jpg” srcset=”https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.00-AM-945×1024.jpg 945w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.00-AM-277×300.jpg 277w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.00-AM-768×832.jpg 768w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.00-AM-1418×1536.jpg 1418w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.50.00-AM.jpg 1466w”>”async” العرض البديل=”1024″ الارتفاع=”991″ بيانات-eio=”l” البيانات-القديم-src=”data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAABAAAAAPfAQAAAABxqYZaAAAAAnRSTlMAAHaTzTgAAACTSURBVHja7cExAQAAAMKg9U9tDB+gAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAgLMB824AAdiQJkcAAAAASUVORK5CYII=” سرك=”https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.49.22-AM-1024×991.jpg” srcset=”https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.49.22-AM-1024×991.jpg 1024w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.49.22-AM-300×290.jpg 300w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.49.22-AM-768×743.jpg 768w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.49.22-AM-1536×1486.jpg 1536w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.49.22-AM.jpg 1774w”>”async” العرض البديل=”870″ الارتفاع=”1024″ بيانات-eio=”l” البيانات-القديم-src=”data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAA2YAAAQAAQAAAACipHeaAAAAAnRSTlMAAHaTzTgAAACESURBVHja7cExAQAAAMKg9U9tDQ+gAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAD4NuA8AARDbp9gAAAAASUVORK5CYII=” سرك=”https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.49.51-AM-870×1024.jpg” srcset=”https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.49.51-AM-870×1024.jpg 870w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.49.51-AM-255×300.jpg 255w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.49.51-AM-768×904.jpg 768w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.49.51-AM-1305×1536.jpg 1305w, https://nextbigfuture.s3.amazonaws.com/uploads/2024/12/Screenshot-2024-12-10-at-11.49.51-AM.jpg 1458w”>

فك تشفير تصحيح الخطأ الكمي باستخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة GPU في Nvidia وأجهزة الكمبيوتر الكمومية

تستفيد NVIDIA من قدراتها في مجال الحوسبة عالية الأداء (HPC) لتسريع أبحاث وتطوير الحوسبة الكمومية، لا سيما في مجال فك تشفير تصحيح الأخطاء الكمومية (QEC). يجمع نهج الشركة بين الحوسبة الفائقة الكلاسيكية المعتمدة على وحدة معالجة الرسومات ووحدات المعالجة الكمومية (QPUs) لمواجهة تحديات الضوضاء الكمومية وتصحيح الأخطاء.

تكامل الحوسبة الكمومية الكلاسيكية من NVIDIA

طورت NVIDIA العديد من التقنيات الرئيسية لدمج الحوسبة عالية الأداء مع الأنظمة الكمومية:

منصة CUDA-Q

منصة CUDA-Q عبارة عن منصة مفتوحة المصدر للحوسبة الفائقة الكمومية المتسارعة المحايدة لـ QPU. فهو يتيح التكامل المحكم بين أجهزة الكمبيوتر الكمومية وأجهزة الكمبيوتر العملاقة، مما يسمح للباحثين بما يلي:

– تطوير التطبيقات الكمومية للمحاكاة الكيميائية ومشكلات التحسين
– دراسة التطبيقات الكمومية في الذكاء الاصطناعي والطاقة وعلم الأحياء
– استكشاف الحوسبة الكمومية في مجالات مثل الكيمياء وعلوم المواد

نظام DGX الكمي

نظام DGX Quantum من NVIDIA عبارة عن منصة حوسبة كمومية مسرعة بواسطة GPU تجمع بين:

– شريحة NVIDIA Grace Hopper الفائقة
– نموذج البرمجة مفتوحة المصدر CUDA Quantum
– منصة التحكم الكمي OPX الخاصة بشركة Quantum Machines

يتيح هذا النظام زمن وصول أقل من الميكروثانية بين وحدات معالجة الرسومات ووحدات QPU، مما يسمح للباحثين ببناء تطبيقات قوية تدمج الحوسبة الكمومية والكلاسيكية.

تصحيح الأخطاء الكمومية وفك التشفير>

أحد التطبيقات الأساسية للحوسبة عالية الأداء من NVIDIA في الأنظمة الكمومية هو تصحيح الأخطاء الكمومية وفك التشفير. وتتعامل الشركة مع هذا التحدي من خلال عدة طرق:

### فك التشفير بمساعدة الذكاء الاصطناعي

تستفيد NVIDIA من الذكاء الاصطناعي لتحسين تصحيح الأخطاء الكمومية:

– استخدام نماذج GPT لتجميع الدوائر الكمومية
– توظيف المحولات لفك رموز QEC

يمكن لهذه التقنيات المعتمدة على الذكاء الاصطناعي تسريع عملية فك التشفير وتحسين دقة تصحيح الأخطاء في الأنظمة الكمومية.

عمليات المحاكاة المسرّعة بوحدة معالجة الرسوميات (GPU).

تُستخدم تقنية GPU الخاصة بـ NVIDIA لإجراء عمليات محاكاة واسعة النطاق للأجهزة الكمومية:

– يمكن للشركة محاكاة الأجهزة التي تحتوي على ما يصل إلى 40 كيوبت باستخدام وحدات معالجة الرسوميات H100
– تسمح عمليات المحاكاة هذه للباحثين بدراسة آثار الضوضاء في تصميمات الرقائق الكمومية الأكبر حجمًا

باستخدام عمليات المحاكاة المتسارعة بواسطة GPU، تمكن NVIDIA مهندسي الأجهزة الكمومية من توسيع نطاق تصميمات أنظمتهم بسرعة وتحسين استراتيجيات تصحيح الأخطاء.

خوارزميات الكم الكلاسيكية الهجينة

تعمل منصة CUDA-Q من NVIDIA على تسهيل تطوير خوارزميات الكم الكلاسيكية الهجينة التي يمكنها معالجة تصحيح الأخطاء وفك التشفير:

– يمكن للباحثين الجمع بين نقاط قوة وحدات معالجة الرسوميات الكلاسيكية ووحدات معالجة الرسومات QPU في برنامج واحد
– يسمح هذا النهج بتطوير تقنيات أكثر تطوراً لتصحيح الأخطاء تستفيد من الموارد الكمومية والكلاسيكية

من خلال دمج الحوسبة عالية الأداء مع الأنظمة الكمومية، تعمل NVIDIA على تسريع تطوير أساليب تصحيح الأخطاء الكمومية العملية وفك التشفير. يعد هذا العمل أمرًا بالغ الأهمية لتطوير الحوسبة الكمومية نحو التطبيقات واسعة النطاق المتسامحة مع الأخطاء في المستقبل.

تصميم معالج Nvidia Quantum مع محاكاة الأجهزة.