شرکت IBM با اتصال دو پردازنده کوانتومی، ابرسیستم ۱۰۴۰ کیوبیتی می‌ سازد

شرکت IBM قصد دارد در سال ۲۰۲۷ با اتصال دو پردازنده کوانتومی، سیستم قدرتمندی با ۱۰۴۰ کیوبیت بسازد که توانایی اجرای محاسبات پیچیده‌تر را خواهد داشت.

به گزارش سرویس لپ‌تاپ و کامپیوتر تک‌ناک، این سیستم از دو پردازنده نسل جدید Nighthawk r3 تشکیل خواهد شد که هرکدام ۵۲۰ کیوبیت برنامه‌پذیر دارند و می‌توانند تا ۱۰ هزار عملیات کوانتومی را اجرا کنند. شرکت IBM با توسعه این معماری تلاش می‌کند ظرفیت پردازش رایانه‌های کوانتومی را افزایش دهد و امکان اجرای بارهای محاسباتی سنگین‌تر را فراهم کند.

این شرکت هم‌زمان از پیشرفت چشمگیر عملکرد پردازنده فعلی Nighthawk r2 خبر داده است. شرکای صنعتی IBM تاکنون بیش از ۳۴ میلیارد مدار کوانتومی را با استفاده از این سخت‌افزار اجرا کرده‌اند.

افزایش سرعت محاسبات با پردازنده Nighthawk r2

پردازنده Nighthawk r2 شرکت IBM که در سپتامبر ۲۰۲۶ معرفی شد، پیشرفت قابل‌ توجهی در سرعت اجرای عملیات کوانتومی داشته است. این پردازنده می‌تواند در هر ثانیه حداکثر ۱۰۰ هزار نمونه تولید کند و محاسباتی شامل بیش از ۷۵۰۰ عملیات کوانتومی را روی ۱۲۰ کیوبیت انجام دهد.

بسیاری از کاربردهای محاسبات کوانتومی برای دستیابی به نتایج قابل‌استفاده به میلیون‌ها یا میلیاردها نمونه نیاز دارند. افزایش سرعت اجرای مدارهای کوانتومی به پژوهشگران کمک می‌کند آزمایش‌های پیچیده را در زمان کوتاه‌تری تکمیل کنند و منابع محاسباتی را با بهره‌وری بیشتری به کار بگیرند.

شرکای IBM از جمله شرکت انرژی آلمانی E.ON و شرکت‌های Algorithmiq و Q-CTRL از افزایش عملکرد تا ۱۹ برابر خبر داده‌اند. شرکت E.ON توانسته است با استفاده از این پردازنده، سرعت محاسبات یادگیری ماشین کوانتومی را برای بهینه‌سازی شبکه برق ۱۵ برابر افزایش دهد.

همچنین IBM با همکاری آزمایشگاه ملی اوک ریج، شبیه‌سازی مواد مغناطیسی را روی پردازنده Nighthawk r2 اجرا کرده است. این آزمایش در مقایسه با اجرای قبلی روی پردازنده Heron، با سرعتی ۱۲ برابر بیشتر انجام شد.

در آزمایش دیگری با همکاری Algorithmiq، پردازنده Nighthawk r2 مدارهای کوانتومی را هشت برابر سریع‌تر از نمونه اولیه مبتنی بر Heron اجرا کرد. همچنین محاسبات جدید، شبیه‌سازی این مدارها را برای رایانه‌های کلاسیک دشوارتر کردند.

سیستم‌های کوانتومی بزرگ‌تر با اتصال دو پردازنده IBM

پردازنده Nighthawk r3 با قابلیت‌های سخت‌افزاری جدیدی طراحی شده است که امکان اتصال چند تراشه کوانتومی را فراهم می‌کنند. این پردازنده دارای ۲۰۳۴ کیوبیت فیزیکی و ۵۲۰ کیوبیت برنامه‌پذیر خواهد بود. همچنین IBM ساختار اتصال شبکه‌ای مربعی نسل قبلی را در معماری جدید حفظ می‌کند.

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های Nighthawk r3، استفاده از ۱۰ اتصال میان‌تراشه‌ای موسوم به l-coupler است. این اتصالات امکان انتقال حالت‌های کوانتومی میان پردازنده‌های مجزا را فراهم می‌کنند.

چنین فناوری‌ به IBM اجازه می‌دهد ظرفیت محاسباتی سیستم‌های کوانتومی را بدون نیاز به ساخت یک تراشه واحد و بسیار بزرگ افزایش دهد. در این روش، چند پردازنده می‌توانند از طریق ارتباطات کوانتومی به یکدیگر متصل شوند و در قالب سیستمی بزرگ‌تر فعالیت کنند.

شرکت IBM پیش‌تر این فناوری را با اتصال دو پردازنده Nighthawk r1 آزمایش کرده است. در این آزمایش، چهار اتصال میان‌تراشه‌ای توانستند حالت‌های کوانتومی را با دقت ۹۹٫۳ درصد انتقال دهند. این شرکت اکنون به دنبال دستیابی به دقت ۹۹٫۹ درصد است.

مرحله بعدی برنامه IBM، اتصال دو پردازنده کوانتومی Nighthawk r3 در سال ۲۰۲۷ خواهد بود. سیستم حاصل با برخورداری از ۱۰۴۰ کیوبیت برنامه‌پذیر، گام مهم دیگری در توسعه معماری‌های کوانتومی بزرگ‌تر محسوب می‌شود.

شرکت IBM علاوه بر توسعه سخت‌افزار، پلتفرم محاسبات کوانتومی Quantum Platform را نیز ارتقا داده است. این محیط اکنون امکان استفاده هماهنگ از پردازنده‌های کوانتومی و زیرساخت‌های محاسباتی کلاسیک با کارایی بالا را فراهم می‌کند.

پژوهشگران می‌توانند از منابع محاسباتی کلاسیک برای تصحیح خطاها، تحلیل نویز و پردازش نتایج اندازه‌گیری‌های کوانتومی استفاده کنند. این یکپارچه‌سازی می‌تواند اجرای آزمایش‌های علمی پیچیده را سریع‌تر و مدیریت فرایندهای پردازشی را آسان‌تر کند.

دانشمندان IBM و مؤسسه تحقیقاتی RIKEN ژاپن با استفاده از این پلتفرم، یک فرایند قطری‌سازی کوانتومی مبتنی بر نمونه‌برداری را تقریبا پنج برابر سریع‌تر اجرا کردند. همچنین آنها توانستند در مقایسه با پژوهش اولیه خود، ۱۰۰ برابر محاسبات بیشتری انجام دهند.

کلینیک کلیولند و مؤسسه RIKEN نیز از این بستر برای پردازش ۶۰۸ میلیون نمونه در مدل‌سازی ساختارهای زیستی استفاده کردند. خودکارسازی فرایندهای محاسباتی باعث شد این عملیات ۳۳ برابر سریع‌تر تکمیل شود.

شرکت IBM در نقشه راه بلندمدت خود، دستیابی به محاسبات کوانتومی مقاوم در برابر خطا را دنبال می‌کند. تحقق این هدف به توسعه پردازنده‌های پیشرفته‌تر، افزایش ظرفیت سیستم‌های کوانتومی و یکپارچه‌سازی گسترده‌تر آنها با زیرساخت‌های محاسباتی کلاسیک نیاز دارد.