بزرگترین سازمان تحقیقات صنعتی جهان، برنامههای خود را برای توسعه اولین کامپیوتر کوانتومی در مقیاس بزرگ و مقاوم در برابر خطا فاش کرده است که راه را برای محاسبات کوانتومی عملی و مقیاسپذیر تا پایان دهه هموار میکند. شرکت فناوری IBM، که به آن Big Blue نیز گفته میشود، فاش کرد که نوآوری پیشگامانه Starling قادر به اجرای مدارهای کوانتومی با بیش از ۱۰۰ میلیون دروازه کوانتومی روی ۲۰۰ کیوبیت منطقی خواهد بود.
انتظار میرود این فناوری نوآورانه تا سال ۲۰۲۹ در یک مرکز داده کوانتومی جدید IBM در پوگکیپسی، ایالت نیویورک، ساخته شود و ۲۰۰۰۰ برابر بیشتر از کامپیوترهای کوانتومی فعلی عملیات انجام دهد. طبق گزارشها، استارلینگ به عنوان پایه و اساس سیستم بعدی، IBM Quantum Blue Jay، که دارای ۲۰۰۰ کیوبیت منطقی خواهد بود و قادر به اجرای یک میلیارد عملیات است، عمل خواهد کرد.
یک نوآوری پیشگامانه
این شرکت فناوری، برنامههای خود را برای توسعه یک کامپیوتر کوانتومی عملی و مقاوم در برابر خطا در یک نقشه راه کوانتومی که اخیراً منتشر شده است، تشریح کرد. در این گزارش ادعا شده بود که نمایش کامل حالت محاسباتی سیستم کوانتومی آینده، به حافظهای بیشتر از مجموع یک کویندسیلیون (10⁴⁸) از قدرتمندترین ابررایانههای جهان نیاز دارد.
مقامات IBM گفتند: “با استارلینگ، کاربران قادر خواهند بود پیچیدگی حالتهای کوانتومی آن را که فراتر از ویژگیهای محدودی است که کامپیوترهای کوانتومی فعلی میتوانند به آنها دسترسی داشته باشند، به طور کامل بررسی کنند.”
یک کامپیوتر کوانتومی بزرگ و مقاوم در برابر خطا با صدها یا هزاران کیوبیت منطقی میتواند صدها میلیون تا میلیاردها عملیات انجام دهد. این کامپیوتر میتواند بهرهوری زمان و هزینه را در کشف دارو، تحقیقات مواد و شیمی تسریع کند.
با این حال، مشابه کامپیوترهای کلاسیک، کامپیوترهای کوانتومی نیز برای اجرای حجم کاری بزرگ بدون خطا، نیاز به اصلاح خطا دارند. برای دستیابی به این هدف، کیوبیتهای منطقی، که از خوشههای کیوبیتهای فیزیکی – واحدهای بنیادی اطلاعات کوانتومی – تشکیل شدهاند، برای شناسایی و اصلاح خطاها در طول محاسبات تشکیل میشوند.
IBM تأکید کرد: “ایجاد تعداد فزایندهای از کیوبیتهای منطقی که قادر به اجرای مدارهای کوانتومی باشند، با کمترین تعداد کیوبیت فیزیکی ممکن، برای محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ بسیار مهم است.”
آینده محاسبات کوانتومی
آرویند کریشنا، رئیس و مدیرعامل IBM، ادعا کرد که IBM در حال پیشروی به سمت سطح بعدی محاسبات کوانتومی است. به گفته وی، این امر با برنامههای شرکت برای راهاندازی Quantum Loon پشتیبانی میشود. این پردازنده اجزای لازم برای کد qLDPC، از جمله کوپلرهای کیوبیت از راه دور، را در اواخر امسال آزمایش خواهد کرد.
IBM همچنین در حال آمادهسازی برای معرفی اولین پردازنده ماژولار خود است که برای ذخیره و پردازش اطلاعات کوانتومی رمزگذاری شده، Quantum Kookaburra، در سال 2026 طراحی شده است. این سیستم حافظه کوانتومی را با عملیات منطقی ادغام میکند و یک بلوک سازنده اساسی برای مقیاسبندی سیستمهای کوانتومی مقاوم در برابر خطا فراتر از یک تراشه واحد تشکیل میدهد. علاوه بر این، این شرکت قصد دارد تا سال ۲۰۲۷، کوانتوم کاکاتو را منتشر کند که دو ماژول کوکابورا را با استفاده از «کوپلرهای L» به هم متصل میکند و تراشههای کوانتومی را به یک سیستم شبکهای بزرگتر متصل میکند.
کریشنا در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: “تخصص ما در ریاضیات، فیزیک و مهندسی، راه را برای یک کامپیوتر کوانتومی بزرگ و مقاوم در برابر خطا هموار میکند – کامپیوتری که چالشهای دنیای واقعی را حل میکند و امکانات عظیمی را برای تجارت فراهم میکند.”
این شرکت با طراحی جدیدی که از کدهای بررسی برابری با چگالی کم کوانتومی (qLDPC) استفاده میکند، به مقابله با تحمل خطا میپردازد. این رویکرد تعداد کیوبیتهای فیزیکی مورد نیاز را تا حد زیادی کاهش میدهد و در مقایسه با سایر روشهای برجسته تصحیح خطا، سربار را تقریباً ۹۰ درصد کاهش میدهد.
همچنین دو مقاله فنی در توضیح این روش منتشر کرد که یکی از آنها نشان میدهد که چگونه کدهای qLDPC میتوانند پردازش دستورالعملها و کارایی عملیاتی را بهبود بخشند. مقاله دیگر، به نوبه خود، نشان میدهد که چگونه میتوان تصحیح خطا و رمزگشایی را به صورت بلادرنگ با استفاده از منابع محاسباتی کلاسیک مدیریت کرد.