تكون بعض الحسابات شديدة الصعوبة لدرجة أن الأمر يتطلب قوة غير عادية حتى للتفكير في تشغيلها.
هذه هي الحواسيب الفائقة – وهي منشآت ضخمة تعج بضخامة وحدات معالجة الرسومات ووحدات المعالجة المركزية الخاصة بها، والتي تعالج التطبيقات التي قد تستغرق كمبيوترًا مكتبيًا من مئات إلى آلاف السنين.
يمكن الوصول إليها تجاريا بقدر جهاز الكمبيوتر لقد أنجزت للتو إنجازًا يشير إلى أن هذه التكنولوجيا الأحدث يمكن أن تترك أجهزة الكمبيوتر العملاقة في يوم من الأيام في الغبار.
وفي غضون 19 ثانية فقط، أنتج معالج Nighthawk r2 من شركة IBM مليون عينة – وهي مهمة من المقدر أن يستغرقها الكمبيوتر العملاق حوالي 110 سنوات.
تم وصف نتائج التجربة في نسخة أولية متاحة حاليًا على arXiv.
“على حد علمنا” يكتب الباحثون في ورقة بحثية قادها عالم فيزياء المادة المكثفة النظري تيجران سيدراكيان من BlueQubit في الولايات المتحدة، “هذا هو أول دليل على الميزة الكمومية لعينات الفانيليا من الدوائر العشوائية على معالج كمي يمكن الوصول إليه تجاريًا وعلى نطاق واسع ويمكن لمعظم مستخدمي الكمبيوتر الكمومي غير الخبراء تكراره بسهولة.”
المعركة من أجل الميزة الكمومية هي سباق تسلح بين أجهزة الكمبيوتر العملاقة والحواسيب الفائقة أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي بدأت بالفعل في عام 2018.
والافتراض الأساسي هو أنه لا بد من وجود عملية حسابية كمومية يصعب تنفيذها ــ إن لم تكن مستحيلة ــ على الكمبيوتر الكلاسيكي.
وفي عام 2018، قدم الباحثون في جامعة كاليفورنيا في بيركلي أدلة نظرية قوية على ذلك مهمة المرشح الرائدة من شأنها أن تقوم بهذه المهمة: أخذ عينات الدوائر العشوائية، أو RCS.
الدائرة الكمومية عبارة عن سلسلة من العمليات التي يتم إجراؤها على الكيوبتات، وهي تشبه إلى حد ما العمليات التي يتم إجراؤها على البتات في الكمبيوتر التقليدي.
في RCS، يتم اختيار هذه العمليات بشكل عشوائي إلى حد كبير، مما يخلق حالة كمومية متزايدة التعقيد. يقوم المعالج بعد ذلك بقياس تلك الحالة مرارًا وتكرارًا، منتجًا سلاسل من الآحاد والأصفار – “العينات”.
يعد إنتاج العينات أمرًا بسيطًا جدًا، ولكن مع تزايد عدد الكيوبتات والعمليات، يصبح حساب التوزيع الاحتمالي اللازم لإعادة إنتاج نفس النتائج على جهاز كمبيوتر كلاسيكي أمرًا سيزيفيًا.
في عام 2019، جوجل أعلن الشهير أن معالج Sycamore سعة 53 بتًا قد أجرى تجربة RCS بعيدًا عن متناول الكمبيوتر العملاق الكلاسيكي.
لكن لم يستغرق الأمر وقتًا طويلاً حتى بدأ الباحثون الكلاسيكيون في إيجاد طرق مبتكرة لدفع أجهزة الكمبيوتر التقليدية إلى إعادة إنتاج تلك النتائج، كما بدأ الباحثون الكميون في دفع أنظمتهم إلى مستويات متطرفة أكبر وأكبر، باستخدام أحدث التقنيات المتاحة.
إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>
هذه النتيجة الجديدة شيء آخر.
بدلًا من استخدام معالج كمي تجريبي متخصص، أجرى سيدراكيان وزملاؤه تجربتهم على Nighthawk r2، وهو معالج كمي فائق التوصيل بقدرة 120 كيوبت ومتاح تجاريًا للمستخدمين من خلال منصة IBM السحابية.
اختاروا 61 من الكيوبتات الخاصة بها وأخضعوها لدوائر عشوائية ذات تعقيد متزايد، تصل إلى 40 دورة – جولات متكررة من العمليات التي يتم فيها التلاعب بالـ 61 كيوبتًا وتشابكها.
وبشكل ملحوظ، فعلوا ذلك باستخدام سير العمل السحابي القياسي للمنصة – دون أي معايرة خاصة مصممة خصيصًا للتجربة.
ووجدوا منطقة المعتدل عند 36 دورة، حيث تضمنت الدائرة 918 بوابة ثنائية الكيوبت. في ظل هذه الحالة، استحضر Nighthawk r2 مليون عينة في 19 ثانية فقط.
والمثير للدهشة أن هذا هو الجزء السهل.
من الصعب جدًا قياس مدى صعوبة المهمة بالنسبة للكمبيوتر الكلاسيكي.
نظرًا لأنه من المفترض أن يكون من المستحيل على الكمبيوتر العملاق أداء هذه المهمة، ولأن الطلب على أفضل أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم مرتفع، لا يمكن للعلماء تشغيل البرنامج على كمبيوتر عملاق ومشاهدة ما يحدث.
لحسن الحظ، هناك أداة لهم يستطيع الاستخدام – تقنية تسمى تقلص شبكة التوتر يمكنها تقدير التكلفة الحسابية لمحاكاة الدائرة الكمومية على جهاز كمبيوتر كلاسيكي.
وباستخدام هذا النهج، حسب سيدراكيان وزملاؤه أن إعادة إنتاج مليون عينة سيتطلب حوالي 1.2 × 10^2⁷ من العمليات الحسابية.
الحدود كان أول حاسوب عملاق إكساسكيل في العالم والأسرع حتى عام 2024، مع أداء ذروة يزيد عن كوينتيليون (1 × 1018) عملية في الثانية. باستخدام تقدير أكثر تحفظًا لأدائه المستمر، حسب الباحثون أن إنجاز Nighthawk r2 سيترجم إلى حوالي 110 سنوات من وقت الحوسبة.
هناك بعض التحذيرات الهامة. إن 110 سنوات هذه ليست حدًا أساسيًا للسرعة لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، ولكنها تقدير يعتمد على طريقة معينة لإعادة إنتاج التجربة الكمومية.
وكما أثبت التاريخ بالفعل، فإن الباحثين في مجال الحوسبة الكلاسيكية جيدون جدًا في العثور على الاختصارات. يمكن للخوارزميات الأكثر كفاءة أن تقلل بشكل كبير من حجم العمل المطلوب.
يعترف سيدراكيان وزملاؤه بهذا الاحتمال صراحةً. لا يتمثل ادعاءهم في أنه لن يتمكن أي كمبيوتر كلاسيكي من مضاهاة أداء Nighthawk r2، ولكن وفقًا لهذا المعيار، فإن المعالج الكمي قد تقدم بشكل كبير إلى الأمام.
إنه تحدي آخر في سباق التسلح للميزة الكمومية – وهو تحدٍ، ليس بروح التفوق، بل منافسة جماعية من شأنها أن تدفع كلا الجانبين في نهاية المطاف إلى إيجاد طرق أفضل للحساب.
وفي الواقع، يعد هذا عرضًا عمليًا لهذه المسابقة – حيث لم يتم تحقيق الميزة الكمية من خلال معدات المختبرات المخصصة، ولكن من خلال الأجهزة التي يمكن الوصول إليها تجاريًا.
الباحثون يؤكد لقد أجروا التجربة على “وحدة QPU متاحة للعامة ويمكن الوصول إليها من خلال السحابة”، باستخدام حزمة التنفيذ السحابية القياسية، وأصدروا الدوائر والعينات وكود التحليل حتى يتمكن الآخرون من اختبار النتيجة بأنفسهم.
القفاز هنا. من يريد أن يأتي ويستلمها؟
لم تتم مراجعة النتائج بعد من قبل النظراء، ولكن النسخة الأولية متاحة على الموقع arXiv.
تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة ريبيكا داير وتم تحريره بواسطة ريبيكا داير. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا لاحظت خطأً، يرجى اعلامنا.
المصدر الأصلي: www.sciencealert.com
