ستطلق Microsoft وAtom Computing كمبيوترًا كميًا تجاريًا في عام 2025

الحوسبة الكمومية تصل إلى هناك. بعد سنوات من التطوير البطيء والمطرد لإنشاء حاسوب كمي مفيد يمكنه التفوق في الأداء على الآلات الكلاسيكية، ما زلنا في ما يسمى “العصر الكمي الصاخب متوسط ​​الحجم”. ومع ذلك، فإن العديد من القطع اللازمة لبناء آلات أكثر تقدمًا واستقرارًا بدأت في وضعها في مكانها الصحيح الآن.

في مؤتمر Microsoft Ignite 2024، أعلنت Microsoft وAtom Computing يوم الثلاثاء عن إنجاز آخر على الطريق نحو حوسبة كمومية متسامحة مع الأخطاء: قامت الشركتان بتشابك 24 كيوبت منطقي باستخدام ذرات محايدة مثبتة في مكانها بواسطة الليزر. وتقول الشركتان إن هذا هو أكبر عدد من الكيوبتات المنطقية المتشابكة المسجلة. (يتطلب الأمر عددًا من البتات الكمومية المادية لإنشاء الكيوبت المنطقي الذي يمكن استخدامه بعد ذلك لتشغيل الخوارزميات الكمومية.)

ما قد يكون بنفس القدر من الأهمية هو أن النظام كان قادرًا على اكتشاف وقت اختفاء إحدى الذرات المحايدة التي تشكل الكيوبت الفيزيائي (لديهم ميل مزعج للقيام بذلك) وتصحيح ذلك بشكل متكرر.

وتخطط الشركتان لتسليم أجهزة كمبيوتر كمومية تعتمد على هذه التكنولوجيا للعملاء التجاريين في العام المقبل. ستحتوي هذه الآلات على أكثر من 1000 كيوبت مادي.

باستخدام هذا النظام، أنشأت Microsoft وAtom Computing 20 كيوبتًا منطقيًا مصنوعة من 80 كيوبتًا فيزيائيًا، ونجحت في تشغيل خوارزمية بيرنشتاين-فازيراني عليها. هذه خوارزمية كمومية كلاسيكية تم تصميمها في التسعينيات، وهي، في جوهرها، عرض لقوى التراكب (قدرة الكيوبت على أن يكون 0 و1 في الوقت نفسه) والتداخل، الذي يطبق التحولات التي تتسبب في حدوث أجزاء مختلفة من التراكب. تتداخل مع بعضها البعض بطرق مفيدة. التحدي هنا هو العثور على رمز سري يتكون من تسلسل من 0 و1). في حين أن الكمبيوتر الكلاسيكي سيتعين عليه تجربة كل مجموعة ممكنة، فإن الكمبيوتر الكمي يمكنه القيام بذلك من خلال استعلام واحد فقط لأنه يمكنه اختبار جميع المجموعات في وقت واحد.

“لقد قمنا بتشغيل تلك الخوارزمية في هذا الجهاز إلى 20 كيوبت منطقية في تلك العملية الحسابية وأظهرنا أنه يمكننا الحصول على أداء أفضل من الأداء المادي هناك. قالت كريستا سفور، الزميلة التقنية ونائبة رئيس التطوير الكمي المتقدم في Microsoft Azure Quantum: “لقد اتضح أن هذه الخوارزمية أفضل من الكلاسيكية”. “لقد أظهرنا القدرة على الحساب باستخدام هذه البتات الكمومية المنطقية، ومن ثم تمكنا أيضًا من إجراء تصحيح متكرر للخسارة باستخدام هذه البتات الكمومية.”

وأشار سفور إلى كيف توفر منصة Azure Quantum Compute نظامًا افتراضيًا للبت الكمي يسمح للفرق بتصميم تصحيح الأخطاء الكمومية الذي تم تحسينه لمعالج كمي محدد. وهذا أيضًا هو ما دفع مايكروسوفت للتطورات الأخيرة مع Quantinuum، والتي حققت 12 كيوبتًا منطقيًا. وقال سفور إن نظام المحاكاة الافتراضية هذا، إلى جانب التقدم المطرد في عمل Atom Computing مع الذرات المحايدة، هو الذي سمح، جزئيًا، بهذه التطورات الأخيرة.

أحد العوامل التي تجعل العمل مع الذرات المحايدة أكثر صعوبة هو أن هذه الذرات تختفي ببساطة في بعض الأحيان. هذا بالإضافة إلى مشكلة الضوضاء العادية التي يتعين على جميع أجهزة الكمبيوتر الكمومية التعامل معها. إن إدراك اختفاء إحدى الذرات هو تحدي خاص به. مباشرة بعد تحميل النظام بالذرات، من الممكن التقاط صورة والتحقق مما إذا كانت جميع الذرات في مكانها الصحيح. بعد ذلك، أثناء تشغيل النظام، من الممكن اكتشاف التلألؤ للتحقق مما إذا كانت الذرة في المكان الصحيح.

وقال سفور: “عندما نفقد ذرة، نريد أن نعرف أن ذلك قد حدث، وبعد ذلك نريد أيضًا أن نكون قادرين على تصحيح تلك الخسارة”. “نريد أن نكون قادرين على التغلب على هذه الخسارة دون إيقاف الحساب. إنه عنصر أساسي لما نقدمه لنظام المحاكاة الافتراضية للكيوبت. لقد صممنا نظام المحاكاة الافتراضية ليأخذ في الاعتبار آلية الخسارة التي تظهر في هذا النوع من الأجهزة حتى نتمكن من مكافحة هذه الخسارة في نظام المحاكاة الافتراضية للكيوبت الخاص بنا من خلال العثور على تلك الخسارة ثم تصحيحها.

وقالت إن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إثبات تصحيح الخسارة.

وبالنظر إلى المستقبل، تخطط الشركتان لدعم ما يصل إلى 1000 كيوبت مادي في الجهاز الذي ستقدمه تجاريًا في العام المقبل (النظام الحالي يدعم فعليًا ما يصل إلى 256 بتًا بالفعل). هناك بعض المرونة في عدد الكيوبتات المنطقية التي يعنيها ذلك.

وقال بن بلوم، المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة Atom Computing: “نحن متحمسون لمواصلة تعاوننا مع Microsoft، والذي أدى بالفعل إلى تحقيق إنجازات مهمة في الحوسبة الكمومية”. “من خلال دمج الكيوبتات الكمومية ذات الذرة المحايدة المتطورة مع نظام المحاكاة الافتراضية للبتات الكمومية من Microsoft، أصبحنا الآن قادرين على تقديم كيوبتات منطقية موثوقة على آلة كمومية تجارية. وسيمكن هذا النظام من تحقيق تقدم سريع في مجالات متعددة بما في ذلك الكيمياء وعلوم المواد.