- SEEQC แสดงให้เห็นถึงสถาปัตยกรรมใหม่ที่ปรับปรุงประสิทธิภาพการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมประมาณ 50%
- สถาปัตยกรรมนี้รวมเทคโนโลยีชิปเฉพาะทางเข้ากับซอฟต์แวร์การคำนวณควอนตัมของ NVIDIA
- การลดความล่าช้าในการถอดรหัสและอัตราข้อผิดพลาดเชิงตรรกะช่วยเพิ่มความเป็นไปได้ในการคำนวณควอนตัมที่ทนทานต่อข้อผิดพลาด
- SEEQC วางแผนที่จะศึกษาความเป็นไปได้ในการปรับปรุงการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมต่อไป
คอมพิวเตอร์ควอนตัมจำเป็นต้องมีการแก้ไขข้อผิดพลาดที่รวดเร็ว โดยใช้ควอนตัมบิต (qubits) ที่สามารถแสดงข้อมูลควอนตัมในวิธีที่แตกต่างจากบิตไบนารีแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม ควอนตัมบิตมีความไวต่อการรบกวนจากสิ่งแวดล้อมและความไม่สมบูรณ์ของการควบคุม ซึ่งข้อผิดพลาดเหล่านี้อาจสะสมและทำลายกระบวนการคำนวณ การแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมทำได้โดยการเข้ารหัสข้อมูลในควอนตัมบิตทางกายภาพหลายตัว และใช้การวัดเพื่อตรวจจับข้อผิดพลาดโดยไม่ต้องวัดและทำลายข้อมูลควอนตัมที่ถูกเข้ารหัส ระบบการคำนวณคลาสสิกจะจัดการกับการวัดเหล่านี้เพื่อตัดสินใจเกี่ยวกับการแก้ไขที่จำเป็น
ขั้นตอนการประมวลผลคลาสสิกนี้เรียกว่าการถอดรหัส เมื่อจำนวนควอนตัมบิตเพิ่มขึ้น ปริมาณข้อมูลที่ต้องจัดการอาจเพิ่มขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้เกิดแรงกดดันต่อเวลาและทรัพยากรการคำนวณที่ใช้ในการแก้ไขข้อผิดพลาด ตัวชี้วัดที่สำคัญสองประการคือ ความล่าช้าในการถอดรหัส ซึ่งเป็นเวลาที่ใช้ในการประมวลผลข้อมูลข้อผิดพลาด และอัตราข้อผิดพลาดเชิงตรรกะ ซึ่งบรรยายถึงความถี่ที่ควอนตัมบิตเชิงตรรกะถูกทำลาย การลดทั้งสองอย่างนี้จะช่วยทำให้การคำนวณควอนตัมที่ทนทานต่อข้อผิดพลาดมีความเป็นไปได้มากขึ้น
สถาปัตยกรรมใหม่ของ SEEQC
คอมพิวเตอร์ควอนตัมต้องการการแก้ไขข้อผิดพลาดที่รวดเร็วขึ้น คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ควอนตัมบิต (qubits) ที่สามารถแสดงข้อมูลควอนตัมในวิธีที่แตกต่างจากบิตไบนารีแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม ควอนตัมบิตมีความไวต่อการรบกวนจากสิ่งแวดล้อมและความไม่สมบูรณ์ของการควบคุม ซึ่งข้อผิดพลาดเหล่านี้อาจสะสมและทำลายกระบวนการคำนวณ การแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมทำได้โดยการเข้ารหัสข้อมูลในควอนตัมบิตทางกายภาพหลายตัว และใช้การวัดเพื่อตรวจจับข้อผิดพลาดโดยไม่ต้องวัดและทำลายข้อมูลควอนตัมที่ถูกเข้ารหัส ระบบการคำนวณคลาสสิกจะจัดการกับการวัดเหล่านี้เพื่อตัดสินใจเกี่ยวกับการแก้ไขที่จำเป็น
ขั้นตอนการประมวลผลคลาสสิกนี้เรียกว่าการถอดรหัส เมื่อจำนวนควอนตัมบิตเพิ่มขึ้น ปริมาณข้อมูลที่ต้องจัดการอาจเพิ่มขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้เกิดแรงกดดันต่อเวลาและทรัพยากรการคำนวณที่ใช้ในการแก้ไขข้อผิดพลาด ตัวชี้วัดที่สำคัญสองประการคือ ความล่าช้าในการถอดรหัส ซึ่งเป็นเวลาที่ใช้ในการประมวลผลข้อมูลข้อผิดพลาด และอัตราข้อผิดพลาดเชิงตรรกะ ซึ่งบรรยายถึงความถี่ที่ควอนตัมบิตเชิงตรรกะถูกทำลาย การลดทั้งสองอย่างนี้จะช่วยทำให้การคำนวณควอนตัมที่ทนทานต่อข้อผิดพลาดมีความเป็นไปได้มากขึ้น
ความท้าทายและแนวทางแก้ไขในการถอดรหัส
วิธีการของ SEEQC ใช้การถอดรหัสเบื้องต้นที่ตั้งอยู่บนชิปเพื่อจัดการกับภาระงานการถอดรหัสบางส่วน โดยวางไว้ใกล้กับหน่วยประมวลผลควอนตัม (QPU) จากนั้นระบบจะใช้ความสามารถในการถอดรหัสของ NVIDIA Ising โดยอาศัยการเชื่อมต่อดิจิทัลของ SEEQC และ NVIDIA NVQLink เพื่อให้กรอบการสื่อสารที่มีความล่าช้าต่ำในการเชื่อมต่อระหว่างสภาพแวดล้อมการคำนวณควอนตัมและการเร่ง GPU แนวคิดคือการประมวลผลข้อมูลบางส่วนในท้องถิ่นก่อนที่จะส่งไปยังทรัพยากรการคำนวณคลาสสิกที่มีระดับสูงกว่า ซึ่งจะช่วยลดปริมาณข้อมูลที่ต้องส่งระหว่างส่วนประกอบในขณะที่เร่งการดำเนินการที่มีความสำคัญต่อเวลา
เนื่องจากคอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่สามารถขยายได้เพียงแค่การเพิ่มควอนตัมบิตมากขึ้น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สนับสนุน การเชื่อมต่อสื่อสาร และระบบการประมวลผลคลาสสิกก็ต้องทำงานร่วมกันอย่างสอดคล้องกัน การนำภารกิจการประมวลผลที่เลือกไปใกล้กับ QPU จะช่วยลดเวลาและค่าใช้จ่ายด้านโครงสร้างพื้นฐานที่จำเป็นในการแก้ไขข้อผิดพลาดเมื่อระบบขยายตัว
แผนพัฒนาสำหรับอนาคต
John Levy ซีอีโอของ SEEQC กล่าวว่า ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีชิปดิจิทัลสามารถปรับปรุงการเชื่อมต่อระหว่างโปรเซสเซอร์ควอนตัมกับโครงสร้างพื้นฐานการคำนวณประสิทธิภาพสูงได้อย่างไร Sam Stanwyck ผู้อำนวยการผลิตภัณฑ์ควอนตัมของ NVIDIA กล่าวว่า งานนี้แสดงให้เห็นว่าโมเดลและอินเตอร์เฟซแบบเปิดสามารถช่วยนักพัฒนาฮาร์ดแวร์ควอนตัมในการรวมการประมวลผลเฉพาะทางเข้ากับการคำนวณ AI และ GPU การปรับปรุง 50% ที่กล่าวถึงในรายงานนั้นเป็นสิ่งที่น่าพอใจ แต่ต้องเข้าใจในบริบท ผลการทดลองใช้โปรเซสเซอร์ควอนตัมจำลองและสถาปัตยกรรมสแต็ค แทนที่จะเป็นการแสดงผลประสิทธิภาพที่เท่ากันบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมทางกายภาพที่ทำงานเต็มที่
ประกาศนี้ยังไม่ได้กำหนดว่าการปรับปรุงนี้จะเปลี่ยนเป็นการลดทรัพยากรทั้งหมดที่จำเป็นในการสร้างระบบที่ทนทานต่อข้อผิดพลาดลง 50% โดยตรง ในทางกลับกัน ผลลัพธ์เหล่านี้ให้หลักฐานว่า การกระจายภารกิจการถอดรหัสระหว่างการประมวลผลชิปเฉพาะทางและการคำนวณที่เร่ง GPU อาจปรับปรุงส่วนสำคัญของกระบวนการแก้ไขข้อผิดพลาด
SEEQC ระบุว่า ขั้นตอนถัดไปคือการรวมส่วนประกอบระดับระบบที่แสดงจนถึงปัจจุบัน และมุ่งสู่การรวมโปรเซสเซอร์ควอนตัมกับโครงสร้างพื้นฐานการคำนวณประสิทธิภาพสูงแบบชิปต่อชิป บริษัทยังวางแผนที่จะศึกษาความเป็นไปได้ในการปรับปรุงการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมและภาระงานควอนตัม-คลาสสิกแบบผสมอื่น ๆ ต่อไป ในที่สุด การคำนวณควอนตัมที่ทนทานต่อข้อผิดพลาดจะต้องมีความก้าวหน้าในระบบทั้งหมด ตั้งแต่ควอนตัมบิตและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมไปจนถึงการสื่อสารและการถอดรหัส การสาธิตของ SEEQC-NVIDIA แก้ไขความท้าทายนี้บางส่วน แสดงให้เห็นว่าการรวมฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่แน่นแฟ้นสามารถช่วยให้ระบบควอนตัมขยายตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ความสำคัญของการพัฒนาเทคโนโลยีการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม
การพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมเผชิญกับความท้าทายในการแก้ไขข้อผิดพลาด เนื่องจากควอนตัมบิตมีความไวต่อการรบกวนจากสิ่งแวดล้อม SEEQC และ NVIDIA ได้ร่วมมือกันแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีชิปเฉพาะทางสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการแก้ไขข้อผิดพลาดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งมีความสำคัญต่อการเพิ่มความสามารถในการใช้งานของคอมพิวเตอร์ควอนตัม โดยการย้ายภาระงานการถอดรหัสบางส่วนไปยังใกล้กับหน่วยประมวลผลควอนตัม สามารถลดความล่าช้าในการถอดรหัสและเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม นวัตกรรมนี้ไม่เพียงแต่ส่งเสริมการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัม แต่ยังอาจเปลี่ยนแนวทางการออกแบบของนักพัฒนาฮาร์ดแวร์ควอนตัม การวิจัยในอนาคตจะช่วยให้เกิดระบบควอนตัมที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น