IBM تربط شريحتين بسعة 120 كيوبت عبر أربع كابلات كمومية فائقة التوصيل
أفاد باحثو IBM بوجود وصلة رباعية القنوات بين معالجين بسعة 120 كيوبت، مع متوسط دقة لنقل الحالة يبلغ 99% في مسودة منشورة على arXiv.
تُرجمت هذه الصفحة من الإنجليزية. أسماء الشركات والمنتجات وروابط المصادر لم تتغير. اقرأ النسخة الأصلية بالإنجليزية
قال باحثون في IBM إنهم أثبتوا عمليًا وصلة بينية كمومية رباعية القنوات بين معالجين فائقَي التوصيل بسعة 120 كيوبت لكل منهما، في خطوة نحو أنظمة معيارية تُبنى من عدة شرائح بدلًا من قالب واحد أكبر. وفي دراسة نُشرت على arXiv في 27 أكتوبر، أفاد الفريق بمتوسط دقة لنقل الحالة الكمومية بلغ 99% عبر وصلات فائقة التوصيل على مقياس الأمتار، إلى جانب بوابات بين الشرائح بمتوسط دقة 94.75%. والعمل عبارة عن مسودة أولية.
ما الذي أُعلن
في المسودة الأولية، وصلَت IBM بين معالجين من طراز Nighthawk R1، يحتوي كل منهما على 120 كيوبت، باستخدام أربعة كابلات محورية من الألومنيوم بطول يقارب 80 سنتيمترًا داخل نظام تبريد فائق. واستخدم الباحثون هذه الوصلات لنقل الحالات الكمومية، وإجراء عمليات بين كيوبتات على شرائح منفصلة، وتوليد تشابك يمتد عبر كلا المعالجين.
وتصف الشركة النتيجة بأنها أول عرض، على حد علمها، لوصلة بينية كمومية متعددة القنوات بين معالجات كمومية فائقة التوصيل كبيرة الحجم. ولم يشمل الإعداد جميع الكيوبتات الـ 240. وبدلًا من ذلك، قام الفريق بتوصيل وقياس كيوبتات مختارة بالقرب من الوصلات البينية لتسريع التطوير.
التفاصيل التقنية
استخدمت كل وصلة كيوبتات مخصصة عند طرفي الكابل، مع عناصر اقتران قابلة للضبط تتحكم في التفاعلات بين تلك الكيوبتات والوصلة الميكروية. وباستخدام اختبار أداء الشبكة، قاس الباحثون دقة نقل الحالة في الاتجاهين وأفادوا بأن جميع الوصلات الأربع تجاوزت 98.86%. وبلغت أفضل وصلة 99.29%، مع هامش عدم يقين قدره 0.07 نقطة مئوية.
ثم استخدم الفريق هذه الاتصالات لتنفيذ بوابات controlled-Z بين الكيوبتات الحاسوبية على معالجات مختلفة. وتطلبت هذه البوابات البعيدة عمليتي نقل للحالة، وثلاث بوابات محلية ثنائية الكيوبت، وتحكمات إضافية أحادية الكيوبت. وبلغ متوسط الدقة لهذه البوابات البعيدة 94.75%، بينما وصلت أفضل نتيجة إلى 96.42%، مع هامش عدم يقين قدره 0.28 نقطة مئوية.
وأفادت IBM أيضًا بحالات متشابكة موزعة عبر الشريحتين. فقد ولّد الباحثون زوجين متشابكين في الوقت نفسه عبر وصلات متجاورة، رغم أن أحد الزوجين أظهر دقة أقل أثناء التشغيل المتزامن. كما أنشأوا حالات متشابكة من أربعة كيوبتات وستة كيوبتات تمتد عبر المعالجين. وبلغت الدقة المقاسة 77.23% للحالة رباعية الكيوبت و67.67% للحالة سداسية الكيوبت؛ وبعد تصحيح إحصائي لأخطاء القياس، ارتفعت هذه القيم إلى 91.70% و90.87%.
التغليف والموثوقية
كان جزء لافت من العمل متعلقًا بالتكامل الميكانيكي والتبريد الفائق. فقد ثُبتت الكابلات بشكل عمودي على سطح الشريحة، وهي هندسة يقول الباحثون إنها أنسب لتخطيطات وصلات بينية أكثر كثافة من الترتيبات المتوازية السابقة. واستُخدمت في التثبيت وصلات ضغط indium-to-indium تكوّنت في درجة حرارة الغرفة بعد تركيب وحدات المعالج داخل جهاز التبريد.
ووفقًا للدراسة، ظلت الوصلات الأربع كلها عاملة خلال ثلاث دورات من التسخين والتبريد من دون تعديل الوصلات.
وتحدد الورقة أيضًا المجالات المغناطيسية أثناء التبريد باعتبارها مصدرًا لفقد الإشارة في الكابلات. وأضافت IBM طبقتين من التدريع المغناطيسي حول الكابلات، رغم أن الباحثين يصفون الضفيرة الواقية بأنها إجراء مؤقت.
لماذا يهم ذلك
تعالج هذه النتيجة سؤالًا محوريًا يتعلق بالتوسع في الحوسبة الكمومية فائقة التوصيل: هل يمكن ربط عدة معالجات من دون فقد قدر كبير من المعلومات الكمومية اللازمة للحوسبة المفيدة؟ وقد يسهم بناء أنظمة أكبر من وحدات معيارية في تخفيف القيود الفيزيائية المرتبطة بحجم الشريحة، والتوصيلات، والتغليف.
وفي الوقت نفسه، تُظهر البيانات الفجوة المتبقية بين النقل الأساسي للحالة والعمليات الموزعة الكاملة. وقد عزا نموذج الأخطاء لدى IBM نحو 77% من خطأ نقل الحالة إلى محدودية الاتساق في الكابل والكيوبتات المخصصة، ولا سيما إزالة الطور. ويقول الباحثون إنهم تعمدوا تجاوز بعض خطوات التصنيع والمعالجة المعروفة بتحسين أداء الكيوبتات من أجل تسريع التجربة.
ما الذي ينبغي ترقبه
سيكون الاختبار التالي هو ما إذا كانت IBM قادرة على تحويل أربع وصلات عاملة إلى عدد أكبر من الاتصالات القابلة للتكرار والتصنيع، مع رفع مستويات الدقة. وتشير الورقة أيضًا إلى احتمال إجراء تغيير معماري يتمثل في دمج عناصر الوصلات البينية مباشرة داخل شبكة المعالج لتقليل عدد الخطوات اللازمة للبوابات البعيدة.
في الوقت الراهن، يبرهن هذا العمل على منظومة فرعية واعدة أكثر من كونه حاسوبًا كموميًا معياريًا مكتملًا. وكما يضعها المؤلفون، فإن التحدي المقبل يتمثل في الاستخدام الموثوق والمتكرر لمثل هذه الوصلات في الحوسبة المصححة بالأخطاء.
المصادر
تستند الحقائق الواردة في هذه الصفحة إلى المصادر أدناه، كما جمعها DesignQuantum.