شركة أمريكية تعزز كفاءة تصحيح الأخطاء الكمية بنسبة 50% من خلال دمج شرائح مخصصة مع برمجيات NVIDIA

تحتاج الحواسيب الكمية إلى تصحيح الأخطاء دون تقليل سرعة الحساب. اليوم، أعلنت شركة SEEQC المتخصصة في الحوسبة الكمية أنها عرضت هيكلًا يجمع بين تقنية معالجة الشرائح المخصصة وبرمجيات الحوسبة الكمية من NVIDIA والبنية التحتية لوحدات معالجة الرسوميات، مما يحسن مؤشرين رئيسيين في تصحيح الأخطاء الكمية بنحو 50%. يجمع هذا الناتج بين تقنية فك التشفير المبكر القائمة على الشرائح من SEEQC ونموذج AI المفتوح NVIDIA Ising، الذي يتضمن أدوات لتصحيح الأخطاء الكمية، بالإضافة إلى NVIDIA NVQLink، وهو واجهة تهدف إلى ربط معالجات الكم بأنظمة الحوسبة المعجلة بواسطة وحدات معالجة الرسوميات.

استخدمت هذه العرض معالج كمومي ونظام هيكلي محاكي، وأخذت في الاعتبار تأخير فك التشفير الواقعي على نطاق واسع. ستتم مقارنة أداء الهيكل مع أداء NVIDIA Ising كفك تشفير مستقل. أظهرت تقارير SEEQC أن تأخير فك التشفير قد انخفض بنحو 50%، وأن أداء معدل الأخطاء المنطقية قد تحسن. قد توفر هذه النتائج فكرة لتقليل أحد العوائق الرئيسية في بناء حواسيب كمية مقاومة للأخطاء: معالجة معلومات تصحيح الأخطاء بسرعة للحفاظ على تشغيل الأنظمة الكمومية المتزايدة التعقيد بشكل موثوق.

هيكل SEEQC الجديد

تحتاج الحواسيب الكمية إلى تصحيح أخطاء أسرع. تستخدم الحواسيب الكمية بتات كمية (qubits) يمكن أن تمثل المعلومات الكمية بطرق مختلفة عن البتات الثنائية التقليدية. ومع ذلك، فإن البتات الكمية حساسة للغاية للتداخل البيئي وعدم كفاءة العمليات التحكمية. يمكن أن تتراكم هذه الأخطاء وتدمر عملية الحساب. يتعامل تصحيح الأخطاء الكمية مع هذه المشكلة من خلال ترميز المعلومات على عدة بتات كمية فعلية، واستخدام القياسات لاكتشاف الأخطاء دون قياس المعلومات الكمية المشفرة وتدميرها مباشرة. ثم تعالج الأنظمة الكلاسيكية هذه القياسات لتحديد التدابير التصحيحية المطلوبة.

تسمى هذه المرحلة من المعالجة الكلاسيكية بفك التشفير. مع زيادة عدد المعالجات الكمومية، قد تزداد كمية المعلومات التي يجب معالجتها بشكل كبير، مما يضغط على الوقت والموارد الحاسوبية المتاحة لتصحيح الأخطاء. مؤشرين مهمين هما تأخير فك التشفير، وهو الوقت اللازم لمعالجة معلومات الأخطاء، ومعدل الأخطاء المنطقية، الذي يصف تكرار الأخطاء التي تتعرض لها بتات الكم المنطقية المشفرة. يساعد تقليل هذين العاملين في جعل الحوسبة الكمية المقاومة للأخطاء أكثر عملية.

تحديات فك التشفير والحلول

تستخدم طريقة SEEQC فك تشفير مبكر قائم على الشرائح لمعالجة جزء من عبء العمل لفك التشفير، مما يضعه بالقرب من وحدة المعالجة الكمومية (QPU). ثم يستخدم النظام قدرة فك التشفير من NVIDIA Ising، مستفيدًا من الروابط الرقمية من SEEQC وNVIDIA NVQLink لتوفير إطار اتصالات منخفض التأخير، مما يربط بين البيئات الكمومية والحوسبة المعجلة بواسطة وحدات معالجة الرسوميات. الفكرة هي معالجة جزء من المعلومات محليًا أولاً، ثم إرسالها إلى موارد الحوسبة الكلاسيكية الأكثر تقدمًا. يمكن أن يقلل ذلك من كمية البيانات التي تحتاج إلى نقلها بين المكونات، مع تسريع العمليات الحساسة للوقت.

نظرًا لأن الحواسيب الكمية لا يمكن توسيعها فقط عن طريق إضافة المزيد من البتات الكمية، يجب أن تظل الأجهزة الإلكترونية الداعمة، وروابط الاتصالات، والأنظمة المعالجة الكلاسيكية متزامنة. يمكن أن يساعد نقل المهام المعالجة المختارة بالقرب من QPU في تقليل الوقت والبنية التحتية المطلوبة لتصحيح الأخطاء مع زيادة النظام.

خطط التطوير المستقبلية

قال الرئيس التنفيذي لشركة SEEQC، John Levy، إن هذه النتائج تظهر كيف يمكن لتقنية الشرائح الرقمية تحسين واجهة بين المعالجات الكمومية والبنية التحتية للحوسبة عالية الأداء. وأشار Sam Stanwyck، مدير المنتجات الكمومية في NVIDIA، إلى أن هذا العمل يظهر كيف يمكن للنماذج المفتوحة والواجهات أن تساعد مطوري الأجهزة الكمومية في دمج المعالجة المخصصة مع الحوسبة AI ووحدات معالجة الرسوميات. التحسين بنسبة 50% المذكور في التقرير هو أمر مشجع، لكن يجب فهمه في سياقه. التجربة استخدمت معالج كمومي محاكي وهيكل تكديس، بدلاً من عرض نفس مكاسب الأداء على حواسيب كمومية فعلية تعمل بالكامل.

كما أن هذا الإعلان لم يؤكد أن التحسين سيترجم مباشرة إلى تقليل إجمالي الموارد المطلوبة لبناء الأنظمة المقاومة للأخطاء بنسبة 50%. بدلاً من ذلك، توفر هذه النتائج دليلًا على أن توزيع مهام فك التشفير بين معالجة الشرائح المخصصة والحوسبة المعجلة بواسطة وحدات معالجة الرسوميات قد يحسن جزءًا رئيسيًا من أنبوب تصحيح الأخطاء.

أفادت SEEQC أن خطوتها التالية هي دمج مكونات النظام على مستوى النظام التي تم عرضها حتى الآن، والتوجه نحو التكامل بين المعالج الكمومي والبنية التحتية المتقدمة للحوسبة عالية الأداء على مستوى الشرائح. كما تخطط الشركة لمزيد من البحث في تحسين تصحيح الأخطاء الكمية وفرص العمل المختلط الكمي-كلاسيكي. في النهاية، ستحتاج الحوسبة الكمية المقاومة للأخطاء إلى تحقيق تقدم عبر النظام بأكمله، من البتات الكمية والأجهزة الإلكترونية التحكمية إلى الاتصالات وفك التشفير. عرض SEEQC-NVIDIA يتناول جزءًا من هذا التحدي، مما يظهر كيف يمكن أن تساعد التكامل الأكثر قربًا بين الأجهزة والبرمجيات في توسيع الأنظمة الكمومية بشكل أكثر كفاءة.

أهمية الاختراق في تقنيات تصحيح الأخطاء الكمية

تواجه تطورات الحوسبة الكمية تحديات تصحيح الأخطاء، حيث إن البتات الكمية حساسة للغاية للتداخل البيئي. تُظهر الشراكة بين SEEQC وNVIDIA كيف يمكن لتقنية الشرائح المخصصة تحسين كفاءة تصحيح الأخطاء بشكل فعال، وهو أمر حيوي لتعزيز عملية الحوسبة الكمية. من خلال نقل جزء من عبء العمل لفك التشفير بالقرب من وحدة المعالجة الكمومية، يمكن تقليل تأخير فك التشفير، مما يعزز الأداء العام. لا تعزز هذه الابتكارات فقط تقدم الحوسبة الكمية، بل قد تغير أيضًا طريقة تفكير مطوري الأجهزة الكمومية، حيث سيساعد البحث المستقبلي في تحقيق أنظمة كمية أكثر كفاءة.