شرکت IBM از دو پردازنده کوانتومی جدید رونمایی کرد

شرکت IBM از دو پردازنده کوانتومی جدید به نام Nighthawk و Loon با دو رویکرد پردازشی متفاوت رونمایی کرد.

به گزارش سرویس کامپیوتر و موبایل تک ناک، این شرکت با رونمایی این دو پردازنده کوانتومی جدید مسیر تازه‌ای را برای دستیابی به برتری کوانتومی و رایانش کوانتومی مقاوم در برابر خطا گشود و نشان داد که این شرکت بیش از هر زمان دیگری به تحقق اهداف خود تا سال‌های ۲۰۲۶ و ۲۰۲۹ نزدیک شده است. این دو پردازنده هر کدام دو مسیر متفاوت را برای کاهش خطا، افزایش توان عملیاتی و فراهم کردن امکان اجرای محاسبات پیچیده‌تر دنبال می‌کنند و IBM امیدوار است با اتکا به آن‌ها بتواند نخستین نمونه‌های تأییدشده از برتری کوانتومی را در دو سال آینده ارائه کند.

IBM اعلام کرد تراشه Nighthawk مهم‌ترین پردازنده این نسل است زیرا معماری آن برای رسیدن به quantum advantage طراحی شده است. نسخه‌ای که قرار است تا پایان سال ۲۰۲۵ به شرکا واگذار شود دارای ۱۲۰ qubit است که به‌وسیله ۲۱۸ coupler قابل تنظیم نسل جدید به چهار همسایه خود در یک شبکه مربعی متصل شده‌اند. این ساختار جدید باعث شده تعداد couplerها نسبت به نسل قبل یعنی Heron حدود ۲۰ درصد افزایش یابد و همین موضوع امکان اجرای مدارهایی با ۳۰ درصد پیچیدگی بیشتر را فراهم می‌کند. IBM می‌گوید این معماری می‌تواند مسائل پیچیده‌ای را که نیازمند ۵۰۰۰ gate دو qubit هستند با دقت بالاتری اجرا کند و پایه‌ای برای نسخه‌های پیشرفته‌تر باشد.

شرکت همچنین نقشه راه توسعه Nighthawk را منتشر کرد. بر اساس این برنامه نسخه سال ۲۰۲۶ قادر خواهد بود تا ۷۵۰۰ gate اجرا کند و نسخه سال ۲۰۲۷ این رقم را به ۱۰۰۰۰ gate افزایش می‌دهد. IBM اعلام کرد در سال ۲۰۲۸ قصد دارد نسخه‌ای از Nighthawk را عرضه کند که با استفاده از couplerهای دوربرد و بیش از ۱۰۰۰ qubit متصل‌شده بتواند تا ۱۵۰۰۰ gate دو qubit را پشتیبانی کند. این روند افزایشی نشان می‌دهد IBM به صورت هم‌زمان روی گسترش تعداد qubitها، افزایش سرعت اجرای مدارها و کاهش نرخ خطا کار می‌کند.

IBM برای اطمینان از صحت ادعاهای مربوط به برتری کوانتومی از یک ردیاب عمومی نیز رونمایی کرد. این ردیاب که با همکاری Algorithmiq، پژوهشگران Flatiron Institute و شرکت BlueQubit ایجاد شده سه دسته آزمایش شامل برآورد observableها، مسائل variational و مسائل قابل‌تأیید با روش‌های کلاسیک را پشتیبانی می‌کند. هدف این ردیاب ایجاد یک سکوی مشترک برای اندازه‌گیری توان واقعی رایانه‌های کوانتومی در مقابل رایانه‌های کلاسیک است تا جامعه علمی بتواند میزان پیشرفت را به شکل مستقل بررسی کند. به گفته Algorithmiq، یکی از مدل‌هایی که این شرکت هدایت می‌کند اکنون در محدوده‌ای آزمایش می‌شود که تمامی روش‌های کلاسیک پیشرفته را به چالش کشیده و شبیه‌سازی‌های Flatiron نیز این سختی را تأیید کرده‌اند. BlueQubit نیز اعلام کرده با تمرکز بر peaked circuitها در حال کمک به رسم مرزی است که در آن رایانه‌های کوانتومی می‌توانند عملکردی چند برابر سریع‌تر از رایانه‌های کلاسیک ارائه کنند.

IBM در بخش نرم‌افزار نیز چند پیشرفت مهم را ارائه کرد. مجموعه نرم‌افزاری Qiskit اکنون می‌تواند مدارهای پویا را در مقیاس بیش از صد qubit اجرا کند که باعث افزایش ۲۴ درصدی دقت نتایج شده است. افزوده شدن یک مدل اجرای جدید و یک C-API باعث می‌شود کاربران بتوانند از محاسبات کلاسیک قدرتمند (HPC) برای کاهش خطا استفاده کنند و هزینه استخراج نتایج دقیق بیش از صد برابر کاهش یابد. IBM می‌گوید برای نزدیک کردن جامعه HPC و کاربران علمی به دنیای کوانتومی، یک رابط C++ برای Qiskit ارائه می‌دهد تا امکان برنامه‌نویسی کوانتومی در محیط‌های موجود فراهم شود و تا سال ۲۰۲۷ کتابخانه‌های تازه‌ای در حوزه‌هایی مانند machine learning و optimization به Qiskit اضافه خواهد شد تا حل مسائل فیزیک و شیمی مانند شبیه‌سازی Hamiltonian و معادلات دیفرانسیل دقیق‌تر و سریع‌تر شود.

به گزارش engadget، در کنار Nighthawk، IBM پردازنده آزمایشی Loon را نیز معرفی کرد که به گفته شرکت همه مؤلفه‌های لازم برای ساخت یک سیستم کوانتومی fault tolerant را در خود دارد. Loon از لایه‌های مسیریابی کم‌اتلاف برای ایجاد اتصال‌های طولانی روی تراشه بهره می‌برد و همچنین قابلیت reset qubitها میان محاسبات را فراهم می‌کند که برای اجرای کدهای qLDPC ضروری است. IBM اعلام کرد توانسته با استفاده از سخت‌افزار کلاسیک عملیات decoding خطا را در کمتر از ۴۸۰ نانوثانیه انجام دهد که یک سال زودتر از برنامه تعیین‌شده است و در کنار Loon پایه‌ای برای ساخت سیستم‌های کوانتومی بزرگ و مقاوم در برابر خطا ایجاد می‌کند.

در نهایت IBM اعلام کرد که ساخت ویفرهای پردازنده‌های کوانتومی را به یک مرکز ۳۰۰ میلی‌متری پیشرفته در Albany منتقل کرده است. این انتقال باعث شده سرعت توسعه دو برابر شود و زمان ساخت هر پردازنده حداقل نصف گردد. همچنین IBM توانسته پیچیدگی فیزیکی تراشه‌ها را ده برابر افزایش دهد و چندین طراحی متفاوت را به شکل هم‌زمان بررسی و توسعه دهد. شرکت معتقد است این زیرساخت تولیدی جدید نقش مهمی در رساندن نسل‌های بعدی تراشه‌های Nighthawk و Loon به مرحله کاربردی خواهد داشت و مسیر دستیابی به برتری کوانتومی و سامانه‌های مقاوم در برابر خطا را تسریع می‌کند.