قفزة مايكروسوفت نحو الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء مع Azure Quantum

الحوسبة الكمومية ، مع وعد حل المشكلات المعقدة التي تعاني منها الحواسيب الكلاسيكية ، كانت موضوعًا للبحث والتنمية المكثفة. مايكروسوفت ، وهي لاعب رئيسي في مجال الحوسبة الكمومية ، تحقق تقدمًا كبيرًا نحو تحقيق الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء على نطاق واسع من خلال منصة Azure Quantum. هذا المقال يلقي نظرة فاحصة على هذه التطورات ، ويوضح أهميتها ، ويفكر في كيفية تشكيل مستقبل الحوسبة. (MSFT )

الحوسبة الكمومية على نطاق واسع: ضرورة

في السعي لاستخدام الحوسبة الكمومية لحل بعض أكبر التحديات مثل تغير المناخ والانجازات الطبية ، يقدر الخبراء أننا سوف نحتاج إلى حواسيب كمومية مدعومة من قبل مليون قubit على الأقل. القوبيت ، وهو اختصار للبيت الكمومي ، هو الوحدة الأساسية للمعلومات في الحوسبة الكمومية. على عكس البتات الكلاسيكية التي يمكن أن تكون في واحد من حالتين ، 0 أو 1 ، في أي وقت معين ، يمكن أن يكون القوبيت في حالة من الت重ية ، مما يعني أن القوبيت يمكن أن يكون في حالة تمثل 0 و 1 في نفس الوقت. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون القوبيت متشابكًا مع بعضه البعض ، حيث يعتمد حالة قوبيت على حالة قوبيت آخر. هذا يسمح للقوبيتات بتشفير المعلومات المعقدة والعمليات الموازية التي تتجاوز الحوسبة الكلاسيكية. ومع ذلك ، فإن القوبيتات تحتاج إلى أن تكون مستقرًا ويمكن التحكم فيها للقيام بهذه الحسابات المعقدة بشكل فعال.

تحقيق هذا النطاق – تطوير حاسوب كمومي مع مليون قوبيت – هو تحد كبير. حاليًا ، إدارة حتى بضع قوبيتات تتطلب تقنيات متقدمة وسيطرة دقيقة. زيادة النطاق إلى مليون قوبيت يضاعف هذه التحديات من حيث الحفاظ على استقرار القوبيتات وضمان العمليات الخالية من الأخطاء على نطاق واسع.

تحدي حساسية القوبيت

أحد التحديات الرئيسية في الحوسبة الكمومية هو حساسية القوبيتات للأخطاء. حتى التغييرات البيئية الصغيرة يمكن أن تؤدي إلى أخطاء تؤثر بشكل كبير على موثوقية الحواسيب الكمومية للاستخدامات العملية. بالإضافة إلى ذلك ، حتى الأخطاء الصغيرة يمكن أن يكون لها تأثير كبير على العمليات في الحوسبة الكمومية. على سبيل المثال ، على الرغم من أن معدل الإيمانية 99.9٪ يبدو معقولاً ، مما يعني أن الأخطاء تحدث فقط مرة في كل 1000 عملية ، إلا أنه مرتفع جدًا للحوسبة الكمومية حيث تتم العمليات في مليون قوبيت لحل المشكلات المعقدة. هذا يمكن أن يؤدي إلى العديد من الأخطاء التي تتراكم ، مما يجعل النتائج أقل موثوقية.

من أجل أن تعمل الحواسيب الكمومية بشكل فعال وموثوق ، تحتاج إلى أداء هذه العمليات بدقة شديدة على مدى فترات طويلة. هذا المتطلب يصبح أكثر صعوبة مع توسيع النظام لإدارة الحسابات المعقدة بشكل أكثر فعالية.

تصحيح الأخطاء باستخدام القوبيتات المنطقية

تعزيز المتانة ضد الأخطاء هو أمر بالغ الأهمية لتحسين موثوقية الحوسبة الكمومية ومقاييسها. الباحثون يطورون استراتيجيات للكشف عن الأخطاء وتصحيحها على مستويات القوبيتات المادية والمنطقية. في حين أن تعزيز الإيمانية للقوبيتات المادية قد لا يعالج القضية بالكامل ، فإن استخدام القوبيتات المنطقية يقدم طريقًا واعدًا.

تعمل القوبيتات المنطقية مثل رمز التكرار في الحوسبة الكلاسيكية ، حيث يتم تكرار المعلومات عبر عدة بتات لحماية ضد الأخطاء. ومع ذلك ، بسبب مبدأ عدم التكرار في الفيزياء ، لا يمكن تكرار القوبيتات مباشرة. بدلاً من ذلك ، ينتشر تصحيح الخطأ الكمومي حالة القوبيت المنطقية عبر عدة قوبيتات مادية. هذه التكرارية تمكن من الكشف عن الأخطاء وتصحيحها في القوبيتات المادية الفردية ، مما يحافظ على سلامة المعلومات الكمومية ويقلل بشكل كبير من معدل الخطأ. من خلال تشكيل قوبيت منطقي واحد من عدة قوبيتات مادية ، يُقدم هذا الأسلوب متانة. حتى لو ارتكبت بعض القوبيتات المادية أخطاء ، فإن حالة القوبيت المنطقي تبقى سليمة ، محددة بواسطة القوبيتات المادية غير المعدلة. هذا يعزز بشكل كبير استقرار وموثوقية الحواسيب الكمومية ، مما يسمح لها بمعالجة حسابات معقدة وأطول.

انطلاقة مايكروسوفت و Quantinuum لتقليل الأخطاء

في تعاون حديث ، نجحت مايكروسوفت و Quantinuum في معالجة التحدي الطويل الأمد لتعرض القوبيتات للأخطاء. لقد حققوا ذلك من خلال دمج نظام Quantinuum مع نظام مايكروسوفت للقوبيتات الافتراضية ، مما أدى إلى نظام متكامل ومتين حقق تحسينًا كبيرًا في معالجة الأخطاء. سمح هذا التكامل للباحثين بإجراء 14000 حالة مستقلة دون مواجهة أي أخطاء. الأساسي في هذا الإنجاز هو نظام مايكروسوفت للقوبيتات الافتراضية ، الذي يحول القوبيتات المادية إلى قوبيتات منطقية وينفذ تصحيح الأخطاء. من خلال هذا النظام ، تمكنوا من إنتاج أربعة قوبيتات منطقية مستقرة من 30 قوبيت مادية فقط من أصل 32 قوبيت مادية لشركة Quantinuum ، مما أظهر معدل خطأ منخفض للغاية يصل إلى 0.00001 ، مما يشير إلى خطأ واحد لكل 100000 عملية.

فهم تأثير هذا التطور يصبح أكثر وضوحًا عندما نفكر في تقليل معدل الخطأ 800 مرة ، وهو مثل تحسين الإشارة بمقدار 29 ديسيبل ، مشابه لتجربة استخدام سماعات عالية الجودة مع إلغاء الضوضاء. فكر في الضوضاء الخلفية في الطائرة كضوضاء الخلفية من القوبيتات المادية. كما تقوم السماعات بإلغاء الضوضاء للاستماع إلى الموسيقى بشكل أفضل ، نظام القوبيتات الافتراضية يساعد في تقليل الأخطاء الناجمة عن القوبيتات المادية خلال مهام الحوسبة الكمومية.

التأثير ما وراء تقليل الأخطاء

التعاون بين Quantinuum وأجهزتها ومايكروسوفت ونظام القوبيتات الافتراضية يمتد إلى ما وراء تقليل الأخطاء فقط. من خلال دمج هذه التكنولوجيات ، يتم تزويد الباحثين بمنصة مستقرة لتطوير وتنفيذ خوارزميات كمومية معقدة. هذا التطور قد يشجع على الابتكار في مجالات مثل العلوم الموادية والتشفير ، ويعزز إمكانية الوصول إلى تكنولوجيا الحوسبة الكمومية. مع استمرار التطور وتطوير المنصة وزيادة إمكانية الوصول إليها ، قد يوسع الوصول إلى الحوسبة الكمومية ، مما يسمح لمزيد من العلماء والمؤسسات بالاشتراك في البحث المتقدم.

النقطة الأساسية

سعي مايكروسوفت للحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء من خلال Azure Quantum ي tượng إلى قفزة تحويلية في القدرات الحاسوبية. في حين كان التركيز على تقليل الأخطاء ، فإن دمج أجهزة Quantinuum الكمومية مع نظام مايكروسوفت للقوبيتات الافتراضية يكشف عن مجال من الإمكانيات ما وراء مجرد تقليل الأخطاء. هذا التطور لا يُحسن فقط معالجة الأخطاء ، بل يؤسس أيضًا أساسًا متينًا لاستكشاف الخوارزميات الكمومية المعقدة. من خلال جسر الفجوة بين الأجهزة والافتراضية ، تمكين مايكروسوفت الباحثين من استكشاف مجالات جديدة عبر المجالات العلمية مثل العلوم الموادية والتشفير.