پردازنده جدید کوانتومی گوگل برای بهبود کارایی سوپر کامپیوترها
افزایش رقابت برای انجام محاسبه کوانتومی بین گوگل، آی بی ام و اینتل باعث شده که این شرکت ها تحقیقات بیشتری را در این زمینه انجام دهند. این شرایط منجر شده که این فناوری به سمت برتری کوانتومی حرکت کند و نقطه عطفی برای تولید کامپیوترهای کوانتومی به صورت کلاسیک شود. در همین راستا گوگل در حال حاضر بر روی تراشه Bristlecone کار می کند. این تراشه کوانتومی جدید توانایی پردازش ۷۲ بیت کوانتوم (کوبیت) را دارد.
رایانه های سنتی محاسبات خود را در قالب باینری انجام می دهند، یعنی هر بیت داده به صورت صفر یا یک نشان داده می شود. اما با استفاده از علم مکانیک کوانتومی، یک کوبیت میتواند در یک توالی از هر دو باشد یعنی یا هردو صفر و یا هر دو یک و یا صفر و یک باشند. اگر بخواهیم ساده تر این فرایند را توضیح دهیم به این معناست که قدرت یک سیستم محاسبه کوانتومی به صورت معکوس ترسیم می شود – دو کوبیت میتواند به طور همزمان چهار حالت را نشان دهد (۰۰، ۰۱، ۱۰ و ۱۱)، سه کوبیت هشت حالت را نشان می دهند و به همیت ترتیب ادامه می یابد.
در عمل یک رایانه های کوانتومی در انجام عملیات همزمان بسیار بهتر عمل می کنند و پردازش تمام این حالت ها در یک زمان انجام می شود در حالی که در کامپیوترهای کلاسیک برای محاسبه این حالت باید هر کدام را یک به یک و به نوبت پردازش کنند. این به این معناست که از لحاظ تئوری، یک کامپیوتر کوانتومی با تراشه ۴۹ کیلو بایت (مانند Tangle Lake که از پردازنده Intel استفاده می کرد و در CES معرفی شد) میتواند بهترین سوپرکامپیوترهای فعلی را در انواع خاصی از عملکردها پشت سر بگذارد!
آخرین نمونه پردازنده کوانتومی گوگل Bristlecone است که دارای ۷۲ کوبیت می باشد. این پردازنده در یک آرایه مربع شکل قرار می گیرد و از طریق ابررسانایی کوانتومی کارایی خود را به دست می آورند، این فرایند به آنها اجازه می دهد تا با ارائه جریان در دو جهت به حالتهای مختلف عمل کنند.
اما تنها مسئله در تراشه های کوانتومی دسترسی به کوبیت های بیشتر نیست، Qubits عموما شکننده هستند و نوسانات بیرونی می تواند خطاهای حافظه ای را ایجاد کند که کل محاسبات را تضعیف می کند. این مشکل که بسیار سخت قابل تشخیص است اگر سیستم مورد حملات هکر ها قرار بگیرد بسیار خوب عمل می کند ولی در حالتی که سیستم به خودی خود چنین مشکلی را تجربه کند می تواند نتایج حاصل از کار را بسیار کاهش دهد.
برای برطرف کردن این مشکل، چند سال پیش آزمایشگاه گوگل کوانتوم AI یک روش اصلاح خطای کوانتومی (QEC) را ایجاد کرد و آن را در یک سیستم با ۹ کوبیت نشان داد. QEC با چک کردن ترکیبی از داده ها و اندازه گیری qubits ها کار می کند، و اجازه می دهد که سیستم به طور غیرمستقیم اطلاعات را بدون تاثیر بر آن اندازه گیری کند. در سیستم ۹ کوبیتی میزان خطای ۱ درصد برای خواندن، ۰٫۱ درصد برای دروازه های تک کوبیت و ۰٫۶ درصد برای دروازه های دو کوبیتی را بدست آورد.
تیم گوگل اکنون قصد دارد میزان اشتباهات مشابه را در پردازنده ۷۲ qubits Bristlecone به میزان بسیاری کاهش دهد. برای اندازه گیری عملکرد آن، محققان یک ابزار معیار سنجی ایجاد کرده اند که به طور عمدی یک خطای واحد را در سیستم معرفی می کند، سپس توزیع خروجی نمونه را با نتایجی که یک کامپیوتر کلاسیک ارائه می دهد، مقایسه می کنند.
این تیم می گوید که در نهایت پردازنده بریستلکون توانست به نقطه ی بالاتر از نتایج پردازنده های کوانتومی حال حاضر دست یابد. اگر این پردازنده بتواند سوپر کامپیوتر کلاسیک را مدیریت کند، می تواند پایه ای برای ساختن رایانه های کوانتومی بزرگتر باشد.
منبع: Google Research