محققان ۴۶ کیوبیت‌ را روی ابررایانه‌های برتر دنیا شبیه سازی کرده‌اند

ساخت وبلاگ

محققان مرکز ابررایانه ی یولیش (آلمان)، دانشگاه ووهان (چین) و دانشگاه گرونیگن (هلند) اعلام کردند که رکورد جهانی را برای شبیه سازی تعداد کیوبیت ها روی ابررایانه ی کلاسیک، شکسته اند. این تیم با قابلیت شبیه سازی ۴۶ کیوبیت، رکورد قبلی را که ۴۵ بود، شکست. آن ها هم چنین قادر به شبیه سازی ۳۲ کیوبیت روی لپ تاپ با رم ۱۶ گیگابایت هم بودند.

تشدید محدودیت های شبیه سازی کوانتومی روی ابررایانه ها

در پی ادعای توسعه دهندگان رایانه ی کوانتومی مبنی بر اینکه رایانه ی آن ها به <<برتری کوانتومی>> رسیده اند، ابتدا باید حد بیشینه ی ابررایانه های کلاسیک را بدانیم. این محدودیت قبلا ۴۵ کیوبیت بود که می توانست روی یک ابررایانه شبیه سازی شود؛ اما محققان از ووهان، یولیش و دانشگاه گرونیگن توانستند یک کیوبیت بر آن بیفزایند و با حافظه ی بسیار کمتر، این کار را انجام دهند. اگر چه تفاوت بین ۴۵ تا ۴۶ کیوبیت ممکن است به نظر کوچک باشد؛ اما باید به این نکته اشاره کنیم که عملکرد مورد نیاز برای شبیه سازی کیوبیت ها، به ازای هر کیوبیت اضافه شده به طور نمایی رشد می کند. به طور معمول، در شرایط یکسان به ازای هر کیوبیتی که برای شبیه سازی اضافه می شود، باید حافظه ی مورد نیاز دو برابر شود.

آی بی ام قبلا قادر به شبیه سازی ۵۶ کیوبیت در یک نوع باریک تر شبیه سازی بود که از مدارهای کوانتومی کم عمق استفاده می کرد؛ درحالی که رکورد جدید شبیه سازی در مدارهای محاسباتی کوانتومی از هر نوعی به دست آمده است.

سوپرکامپیوتر واتسون آی بی ام

پروفسور مایکلسن، رهبر گروه پردازش اطلاعات کوانتومی در مرکز ابررایانه ی یولیش آلمان، برای تامز هاردوِر تفاوت این دو را توضیح می دهد:

شبیه ساز رایانه ی کوانتومی ما می تواند هر مدار کوانتومی را با ۴۶ کیوبیت شبیه سازی کند. ما با محاسبه ی بردار همه جانبه، یعنی همه ی دامنه ی (توان ۲ تا ۴۶) بردار حالت کوانتوم، رایانه ی کوانتوم جهانی را شبیه سازی کردیم.

آی بی ام، دامنه های حالت کوانتوم را فقط برای خروجی های اندازه گیری شده محاسبه می کند و شواهدی تجربی ارائه می دهد که نشان می دهند مشکل محاسبه دامنه های حالت کوانتومی برای نتایج اندازه گیری شده ممکن است به همان سرعتی که مورد انتظار است، نباشد (در عمل بسیاری از دامنه ها ممکن است صفر باشند). شواهد تجربی حاصل از شبیه سازی دو مدار جهانی کوانتومی تصادفی، از یک مورد با عمق ۲۷ برای ۴۹ کیوبیت و یک مورد با عمق ۲۳ برای ۵۶ کیوبیت، مشتق می شوند.

عمق مدار، تعداد لایه هایی است که مدار را می توان به صورت زیر تقسیم کرد: دروازه هایی که روی کیوبیت ها در هر لایه ی داده شده بدون هیچ همپوشانی ای کار می کنند. وی هم چنین افزود: محدودیت های آی بی ام در قالب تعداد کیوبیت ها یا عمق مدار، هنوز مشخص نیست.

شبیه سازی چگونه حاصل می شود؟

محققان از هر دو ابررایانه ی یولیش (JUQUEEN) و همچنین سریع ترین ابررایانه در جهان، Sunway TaihuLight چین استفاده کردند.

پروفسور مایکلسن خاطرنشان کرد که تنها چند ابررایانه وجود دارند که تاکنون یک شبیه سازی با ۴۵ کیوبیت انجام داده اند؛ زیرا تعداد کمی از آن ها حافظه ی مورد نیاز، گره های محاسباتی و اتصالات شبکه ی به اندازه کافی سریع برای انجام شبیه سازی دارند.وی افزود:

نرم افزار نیز بسیار مهم است؛ چرا که باید قادر باشد شبیه سازی را به صورت مؤثر اجرا کند.

به گفته ی مایکلسن، تیمش نرم افزاری را توسعه می دهد که تقریبا به طور کامل روی میلیون ها گره ی محاسباتی کار می کند و هیچ گونه نقصانی در عملکرد ندارد. وی اولین کسی بود که ۴۲ کیوبیت را در سال ۲۰۱۰ روی ابررایانه های نسل قبلی یولیش شبیه سازی کرد و توانست در سال ۲۰۱۲ با یک شبیه سازی ۴۳ کیوبیتی، رکوردش را بهبود بخشد.

علاوه بر استفاده از یک ابررایانه ی قوی تر برای شبیه سازی ۴۶ کیوبیت، محققان هم چنین قادر به استفاده از تنها ۲ بایت اطلاعات برای نشان دادن حالت کیوبیت بودند که از ۱۶ بایتی که قبلا مورد نیاز بود کمتر است. این همان چیزی است که اکنون به ۳۲ کیوبیت اجازه نمی دهد در یک لپ تاپ با تنها ۱۶ گیگابایت حافظه شبیه سازی شوند.

در مقایسه، Rigetti (یکی از استارت آپ های محاسبات کوانتومی) در ابتدا قادر به شبیه سازی تنها ۳۰ کیوبیت بود؛ اما اکنون می تواند ۳۶ کیوبیت را شبیه سازی کند. مایکروسافت در ابتدا ۳۰ کیوبیت شبیه سازیارائه داد؛ اما اکنون می تواند ۴۰ شبیه سازی کیوبیت ارائه کند. آخرین کشف یولیش ممکن است این شرکت ها را مجبور کند تعداد کیوبیت های شبیه سازی شده شان را حتی بالاتر ببرند.

محققان یولیش هم چنین معتقدند که توانایی شبیه سازی تعداد نسبتا زیادی کیوبیت را دارند که در حال حاضر اجرا می شوند؛ به این معنی که توسعه دهندگان می توانند از لحظه ای که در کوانتوم به برتری می رسند، آن را با الگوریتم هایی که روی رایانه های کوانتومی کار می کنند آزمایش کنند و ثابت کنند که می توانندکاربردی تر هم باشند.

علم وفناوری...
ما را در سایت علم وفناوری دنبال می کنید

برچسب : نویسنده : 9elme1404c بازدید : 146 تاريخ : پنجشنبه 14 دی 1396 ساعت: 18:18