جهش کوانتومی یا هیپ کوانتومی؟

گوگل اخیراً چند وبلاگ در مورد Willow، کوانتوم نسل بعدی خود منتشر کرده است پردازنده. این وبلاگ ها در حال حاضر در تیتر اخبار هستند و باعث سردرگمی قابل توجهی می شوند. بیایید آنها را تجزیه کنیم تا تصویر واضحی از معنای آنها داشته باشید.

پیشرفت بزرگ گوگل: تصحیح خطای کوانتومی مقیاس پذیر

مهم‌ترین دستاورد گوگل یک پیشرفت بزرگ در تصحیح خطای کوانتومی است – یک چالش حیاتی در این زمینه محاسبات کوانتومی به دلیل ماهیت شکننده کیوبیت ها. کیوبیت‌ها در حالت «ابرجایگاه» قرار دارند و آنها را به شدت مستعد خطاهای ناشی از تداخل محیطی می‌کند. بدون تصحیح خطای موثر، کیوبیت ها برای انجام محاسبات مفید خیلی سریع ثبات خود را از دست می دهند.

برای رسیدگی به این موضوع، گوگل روشی را برای گروه‌بندی «کیوبیت‌های فیزیکی» به «کیوبیت‌های منطقی» با ثبات‌تر با استفاده از یک تکنیک کاملاً جاافتاده به نام کدهای سطحی بهبود بخشید. به طور سنتی، افزایش تعداد کیوبیت‌های متصل در «شبکه کد سطحی» به نرخ خطای بالاتری منجر می‌شود – برعکس آنچه برای ایجاد کیوبیت‌های منطقی از کیوبیت‌های فیزیکی لازم است.

گوگل از شبکه فیزیکی کیوبیت 3×3 به شبکه فیزیکی 7×7 مقیاس کرد و در عین حال میزان خطا را 2.14 کاهش داد و عملاً طول عمر کیوبیت های منطقی را در مقایسه با تراشه Sycamore قبلی خود دو برابر کرد. این دستاورد نشان می‌دهد که می‌توانیم کیوبیت‌های فیزیکی بیشتری اضافه کنیم و در عین حال پایداری کیوبیت‌های منطقی را به طور تصاعدی بهبود دهیم. و برای تصحیح کیوبیت های منطقی تا حد مفید به شبکه های بسیار بسیار بزرگتری نیاز خواهیم داشت. به نظر می رسد ممکن است اکنون به آنجا برسیم.

مرتبط:مسابقه برای Exascale: تاریخچه اخیر سریعترین ابررایانه های جهان

در حالی که این یک نقطه عطف قابل توجه برای محاسبات کوانتومی است، اما یک جهش ناگهانی به سمت “مزیت کوانتومی” نیست – نکته ای که کامپیوترهای کوانتومی برای کارهای عملی از کامپیوترهای کلاسیک بهتر عمل می کنند. در عوض، این یک گام مهم رو به جلو در توسعه سیستم های کوانتومی در مقیاس بزرگ است. با توجه به تعداد شرکت‌هایی که تراشه‌های کوانتومی را توسعه می‌دهند، هنوز مشخص نیست که آیا رویکرد گوگل می‌تواند توسط سایر سازندگان تراشه تکرار شود یا در معماری‌های مختلف تراشه اعمال شود.

برتری کوانتومی، نه مزیت کوانتومی

گوگل در وبلاگ خود گفت: “Willow یک محاسبات معیار استاندارد را در کمتر از پنج دقیقه انجام داد که یکی از کارهای امروزی را می طلبد. سریعترین ابر رایانه ها 10 سپتیلیون (یعنی 10²⁵) سال.” به نظر می رسد جهشی عظیم که همه منتظرش بوده ایم، اما واقعیت بیشتر اندازه گیری شده است. اعلامیه گوگل به طور قاطعانه برتری کوانتومی را ایجاد می کند – اولین بار در سال 2019 ادعا کرد، اما توسط IBM رد شد.

برای درک این موضوع، بدانید که تبلیغات محاسبات کوانتومی حول دو عبارت کلیدی می چرخد: برتری کوانتومی و مزیت کوانتومی. در حالی که به نظر شبیه به نظر می رسند، تفاوت های اساسی دارند. برتری کوانتومی زمانی اتفاق می‌افتد که یک کامپیوتر کوانتومی کاری را انجام می‌دهد که هیچ کامپیوتر کلاسیکی نمی‌تواند با آن مطابقت کند، صرف نظر از مفید بودن آن – این همان چیزی است که گوگل با Willow اعلام کرد (اگرچه این اصطلاح مستقیماً استفاده نشده است).

مرتبط:ارزیابی وضعیت مراکز داده کوانتومی: وعده ها در مقابل واقعیت

آخرین اخبار مرکز داده نسل بعدی را بیشتر بخوانید

ما معتقدیم که گوگل این بار به آن دست یافته است، اما به مزیت کوانتومی دست نیافته است. مزیت کوانتومی به الف اشاره دارد سیستم کوانتومی که می تواند یک مشکل عملی و واقعی را سریعتر و ارزان تر از یک مشکل کلاسیک حل کند. ما بیشتر به مزیت کوانتومی اهمیت می دهیم. متأسفانه، هنوز شاید یک دهه دیگر باقی مانده است.

در نظر بگیرید که تراشه Willow فقط 105 کیوبیت فیزیکی دارد. همانطور که در بالا اشاره کردم، دستیابی به مزیت کوانتومی به هزار کیوبیت منطقی یا بیشتر نیاز دارد. می‌توانید روی یک دستمال حساب کنید و ببینید چقدر از آن فاصله داریم. به علاوه، دیگر بازیگران صنعت مانند مایکروسافت در حال بررسی رویکردهایی مانند مجازی‌سازی کیوبیت و کیوبیت‌های توپولوژیکی هستند که می‌تواند تعداد کیوبیت‌های فیزیکی مورد نیاز برای تولید یک کیوبیت منطقی مفید را کاهش دهد. اما این تلاش‌ها هنوز به بلوغ نرسیده‌اند، بنابراین ادامه می‌دهیم.

آنچه که CIOها، CTOها و رهبران امنیتی باید در مرحله بعد انجام دهند

در حالی که تراشه Willow گوگل جدول زمانی 10 تا 15 ساله ما را برای محاسبات کوانتومی مقاوم در برابر خطا در مقیاس بزرگ تغییر نمی دهد، سیگنال واضحی را ارسال می کند: از هم اکنون آماده سازی را شروع کنید، زیرا ممکن است زودتر انجام شود. برای رهبران کسب و کار و فناوری، این به معنای برداشتن گام های عملی است:

مرتبط:IBM اولین مرکز داده کوانتومی اروپا را در آلمان افتتاح کرد

این مقاله در ابتدا در وبلاگ Forrester ظاهر شد