سریع‌ترین پردازنده کوانتومی IBM با جهش ۲۵ برابری سرعت معرفی شد

شرکت IBM از پردازنده کوانتومی Nighthawk r2 رونمایی کرده است که می‌تواند در هر ثانیه تا ۱۰۰ هزار بار مدارهای کوانتومی را اجرا کند و سرعت پردازش را نسبت به نسل قبلی ۲۵ برابر افزایش دهد.

به گزارش سرویس سخت افزار تک‌ناک، پردازنده کوانتومی Nighthawk r2 بیش از ۷۵۰۰ گیت دارد و در مقایسه با نسل قبلی، توان اجرای محاسبات بسیار بیشتری را در مدت‌زمان یکسان ارائه می‌دهد. شرکت IBM اعلام کرده که این افزایش سرعت را بدون کاهش مقیاس یا دقت سیستم به دست آورده است و از این پردازنده به‌ عنوان یکی از مراحل مهم نقشه راه کوانتومی خود یاد می‌کند.

پردازش کوانتومی می‌تواند در آینده برخی محاسبات بسیار پیچیده را با سرعتی انجام دهد که دستیابی به آن با کامپیوترهای متعارف و حتی قدرتمندترین ابررایانه‌ها بسیار دشوار است. پژوهشگران انتظار دارند پیشرفت این فناوری به حل مسائل پیچیده در زمینه‌هایی مانند تغییرات اقلیمی، کشف دارو، پژوهش درباره مواد جدید و انرژی پاک کمک کند.

شرکت IBM در کنار شرکت‌هایی مانند گوگل، دانشگاه‌ها و استارت‌آپ‌های فعال در این حوزه، توسعه کامپیوترهای کوانتومی در مقیاس تجاری را دنبال می‌کند. این شرکت پیش‌تر نقشه راهی را برای ساخت سیستم‌های کوانتومی با یک میلیارد اجرای مدار و بیش از ۲۰۰۰ کیوبیت تا سال ۲۰۳۳ ارائه کرده بود.

یکی از نقاط عطف این برنامه، توسعه یک کامپیوتر کوانتومی مقاوم در برابر خطا با قابلیت اجرای محاسباتی شامل بیش از ۱۰۰ میلیون گیت روی ۲۰۰ کیوبیت است. عرضه Nighthawk r2 با بیش از ۷۵۰۰ گیت در سال ۲۰۲۶ نیز بخشی از مسیر IBM برای دستیابی به این هدف محسوب می‌شود.

بیشتر بخوانید: یخچال کوانتومی IBM بیش از ۱۸۰ برابر سردتر از فضا

زمان آماده‌سازی کیوبیت‌ها در پردازنده کوانتومی IBM

یکی از عوامل محدودکننده سرعت کامپیوترهای کوانتومی، زمانی است که برای آماده‌سازی دوباره کیوبیت‌ها میان دو مرحله محاسبات نیاز است. کیوبیت‌ها باید پیش از آغاز اجرای بعدی یک مدار کوانتومی به حالت پایه خود بازگردند. این فرایند در روش‌های معمول می‌تواند باعث ایجاد وقفه در انجام محاسبات شود.

یک سیستم کوانتومی برای بازگرداندن کامل کیوبیت‌ها به حالت پایه ممکن است بین دو اجرای متوالی، صدها میکروثانیه بدون فعالیت باقی بماند. چنین زمانی بسیار کوتاه به نظر می‌رسد، اما زمانی که یک مدار باید هزاران یا میلیون‌ها بار اجرا شود، مجموع این وقفه‌ها به یکی از گلوگاه‌های اصلی عملکرد سیستم تبدیل می‌شود.

شرکت IBM برای کاهش این وقفه، روش ریست شرطی را در Nighthawk r2 با فناوری «ریست اتلافی» جایگزین کرده است. در این روش، یک کوپلر با دامنه دینامیکی بالا می‌تواند کیوبیت برنامه‌پذیر را در زمان مورد نیاز به حالت پایه بازگرداند.

این فناوری، زمان T1 کیوبیت (نشان می‌دهد کیوبیت چه مدت انرژی خود را حفظ می‌کند) را از حدود ۲۰۰ میکروثانیه به ۲۵ نانوثانیه کاهش می‌دهد. هر کیوبیت نیز به‌ صورت جداگانه به کوپلر متصل شده است. بنابراین، سیستم می‌تواند یک کیوبیت را بدون ایجاد اختلال در کیوبیت‌های مجاور به حالت پایه بازگرداند.

شرکت IBM با این روش، زمان انتظار میان دو اجرای متوالی مدارهای کوانتومی را به حدود یک میکروثانیه کاهش داده است. در نتیجه، Nighthawk r2 می‌تواند در هر ثانیه تا ۱۰۰ هزار بار مدارهای کوانتومی را اجرا کند. این توان عملیاتی در مقایسه با پردازنده کوانتومی Heron حدود ۲۵ برابر بیشتر است.

بیشتر بخوانید: اولین کامپیوتر کوانتومی تجاری جهان در آمریکا راه‌اندازی شد

افزایش سرعت همراه با کاهش خطا

سرعت بالا به‌تنهایی برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی کاربردی کافی نیست. افزایش تعداد محاسبات در صورتی ارزشمند خواهد بود که سیستم بتواند میزان خطاها را نیز کنترل کند. تعداد زیاد خطاها می‌تواند نتیجه نهایی محاسبات کوانتومی را غیرقابل استفاده کند.

فناوری ریست سریع‌تر در پردازنده کوانتومی IBM علاوه بر افزایش سرعت، خطاهای مربوط به آماده‌سازی اولیه کیوبیت‌ها را نیز ۲۵ برابر کاهش می‌دهد. سیستم پیش از اجرای هر محاسبه، کیوبیت‌ها را به حالت پایه بازمی‌گرداند و در نتیجه احتمال آغاز محاسبه از یک وضعیت نامطلوب کاهش پیدا می‌کند.

همچنین IBM در این پردازنده از معماری شبکه مربعی استفاده کرده است. در این ساختار، بیشتر کیوبیت‌ها به چهار کیوبیت مجاور خود متصل هستند. این طراحی نسبت به معماری نسل‌های قبلی بهبود یافته است و ارتباط میان کیوبیت‌ها را برای اجرای مدارهای کوانتومی پیچیده‌تر گسترش می‌دهد.

پردازنده کوانتومی Nighthawk r2 می‌تواند فناوری ریست اتلافی را فقط میان دو اجرای جداگانه به کار نگیرد و در جریان اجرای یک مدار نیز از آن استفاده کند. شرکت IBM اعلام کرده است که این قابلیت می‌تواند بهره‌وری پردازنده را هنگام انجام محاسبات افزایش دهد.

افزایش تعداد دفعاتی که سیستم می‌تواند مدارهای کوانتومی را در یک بازه زمانی مشخص اجرا کند، برای پژوهشگران اهمیت زیادی دارد. آنها می‌توانند با همان میزان دسترسی به منابع پردازشی، آزمایش‌ها و محاسبات بیشتری انجام دهند و داده‌های بیشتری برای تحلیل نتایج به دست آورند.

شرکت IBM اعلام کرده است که پردازنده کوانتومی Nighthawk r2 اکنون از طریق پلتفرم Quantum این شرکت در دسترس قرار دارد و پژوهشگران می‌توانند از قابلیت‌های آن برای اجرای محاسبات کوانتومی استفاده کنند.

بیشتر بخوانید: نقض قوانین شارژ سنتی با باتری کوانتومی؛ اتلاف وقت برای شارژ شدن معنا ندارد