چین از سریع‌ترین پردازنده کوانتومی‌ رونمایی کرد

پژوهشگران دانشگاه علم و فناوری چین (USTC) از سریع‌ترین پردازنده کوانتومی رونمایی کردند.

به گزارش تک‌ناک، این پردازنده کوانتومی از نظر سرعت، یک میلیون برابر از پردازنده Sycamore گوگل سریع‌تر است، که سال گذشته معرفی شد.

این پردازنده کوانتومی که Zuchongzhi-3 نام دارد، دارای ۱۰۵ کیوبیت و ۱۸۲ جفت‌کننده است و توانمندی خود را در انجام وظایف پیچیده نمونه‌گیری از مدارهای کوانتومی تصادفی به اثبات رسانده است. برای مقایسه، پردازنده Sycamore گوگل که پیش‌تر برتری کوانتومی را به دست آورده بود، تنها ۶۷ کیوبیت داشت.

در حالی که ساخت ابررایانه‌های مقیاس اگزا در مراحل آغازین قرار دارد، اما دانشمندان به دنبال توسعه رایانه‌هایی هستند که بتوانند محاسباتی را ظرف چند ثانیه انجام دهند که در ابررایانه‌های کنونی سال‌ها طول می‌کشد. این هدف از طریق بهره‌گیری از ویژگی‌های کوانتومی مواد دنبال می‌شود و پژوهشگران چین و آمریکا رقابتی تنگاتنگ برای تثبیت جایگاه خود در این عرصه دارند.

برتری چین در رقابت کوانتومی

جامعه علمی دستیابی به پردازش کوانتومی را در سه مرحله اساسی تعریف کرده است: نخست، رسیدن به برتری کوانتومی، که در آن رایانه کوانتومی از پیشرفته‌ترین سامانه‌های محاسباتی کلاسیک فراتر می‌رود؛ دوم، توسعه شبیه‌سازهای کوانتومی با صدها کیوبیت برای حل مسائل واقعی؛ در نهایت، افزایش دقت و صحت پردازش‌ها مدنظر است که هدف آن ساخت رایانه‌های کوانتومی چندمنظوره می‌باشد.

هرچند، این حوزه هنوز در مراحل اولیه پیشرفت خود قرار دارد، اما چین موفق شده است که برتری خود را در این زمینه تثبیت کند.

رقابت چین و آمریکا در عرصه پردازش کوانتومی

آمریکا در سال ۲۰۱۹ با پردازنده Sycamore گوگل که ۵۳ کیوبیت داشت، پیشگامی خود را در پردازش کوانتومی تثبیت کرد. این پردازنده موفق شد یک وظیفه نمونه‌گیری از مدار تصادفی را در ۲۰۰ ثانیه به پایان برساند؛ محاسبه‌ای که در سریع‌ترین ابررایانه‌های آن زمان به بیش از ۱۰ هزار سال زمان نیاز داشت.

با وجود این‌، پژوهشگران USTC در سال ۲۰۲۳ با بهره‌گیری از ۱۴۰۰ تراشه A100 شرکت Nvidia همان وظیفه را تنها در ۱۴ ثانیه تکمیل کردند و رکورد پیشین گوگل را شکستند. همچنین این تیم، پروژه‌ای برای توسعه یک پردازنده کوانتومی فوتونیک به نام Jiuzhang را از سال ۲۰۲۰ آغاز کرده بود.

پژوهشگران USTC در سال ۲۰۲۱ با معرفی رایانه کوانتومی Zuchongzhi 2.1 که ۶۶ کیوبیت داشت، موفق شدند مشابه پردازنده Sycamore گوگل عمل کنند و توانمندی‌های کوانتومی چین را با استفاده از دو رویکرد مجزا به نمایش بگذارند.

چین در سال ۲۰۲۳ با پردازنده ۲۵۵ فوتونی خود به برتری کوانتومی دست یافت و موفق شد از سریع‌ترین ابررایانه‌های جهان ۱۰^۱۶ برابر پیشی بگیرد.

پردازنده کوانتومی Zuchongzhi-3؛ گامی تازه در محاسبات کوانتومی

پژوهشگران USTC با بهینه‌سازی پردازنده Zuchongzhi-2، تعداد کیوبیت‌ها را به ۱۰۵ افزایش دادند و پردازنده جدید Zuchongzhi-3 را طراحی کردند. این پردازنده با داشتن زمان همدوسی ۷۲ میکروثانیه قادر است عملیات بسیار پیچیده‌تری را اجرا کند. طبق اعلام این تیم، پردازنده توانسته است به دقت ۹۹.۹۰ درصدی در دروازه‌های تک‌کیوبیتی، دقت ۹۹.۶۲ درصدی در دروازه‌های دوکیوبیتی موازی و دقت ۹۹.۱۳ درصدی در خوانش موازی دست یابد.

پژوهشگران برای ارزیابی عملکرد این پردازنده، یک وظیفه نمونه‌گیری از مدار تصادفی ۳۲ لایه‌ای را با ۸۳ کیوبیت انجام دادند و دریافتند که Zuchongzhi-3 از سریع‌ترین ابررایانه‌های کنونی ۱۵ مرتبه بزرگی پیشی گرفته است. در مقایسه، پردازنده Sycamore گوگل در سال گذشته ۹ مرتبه بزرگی، سریع‌تر از ابررایانه‌های متداول بود. بنابراین پردازنده کوانتومی چینی با همین فناوری، یک میلیون برابر سریع‌تر از پردازنده گوگل عمل می‌کند و جایگاه چین را در این حوزه مستحکم‌تر می‌سازد.

در حال حاضر، تیم پژوهشی روی بهبود سیستم اصلاح خطا و توسعه قابلیت‌های کوانتومی جدیدی نظیر شبیه‌سازی و درهم‌تنیدگی کیوبیت‌ها تمرکز دارد. همچنین معماری شبکه‌ای دو‌بعدی برای افزایش اتصال میان کیوبیت‌ها در این پردازنده مورد استفاده قرار گرفته است.

نتایج این پژوهش در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.