IBM دو تراشه ۱۲۰-کیوبیتی را با چهار کابل کوانتومی ابررسانا به هم متصل کرد
پژوهشگران IBM از یک پیوند چهارکاناله میان دو پردازنده ۱۲۰-کیوبیتی خبر داده‌اند که در یک پیش‌چاپ arXiv، میانگین وفاداری انتقال حالت ۹۹٪ را نشان می‌دهد.
این صفحه از انگلیسی ترجمه شده است. نام شرکت‌ها، محصولات و پیوندهای منابع بدون تغییر باقی مانده‌اند. خواندن نسخه اصلی انگلیسی
پژوهشگران IBM می‌گویند یک اتصال میان‌تراشه‌ای کوانتومی چهارکاناله را میان دو پردازنده ابررسانای ۱۲۰-کیوبیتی به نمایش گذاشته‌اند؛ گامی به‌سوی سامانه‌های ماژولاری که به‌جای یک قالب بزرگ‌تر واحد، از چندین تراشه ساخته می‌شوند. در مطالعه‌ای که در ۲۷ اکتبر در arXiv منتشر شد، این تیم میانگین وفاداری ۹۹٪ برای انتقال حالت کوانتومی روی پیوندهای ابررسانای در مقیاس متر، به‌همراه گیت‌های بین‌تراشه‌ای با میانگین وفاداری ۹۴.۷۵٪ را گزارش کرد. این کار یک پیش‌چاپ است.
چه چیزی اعلام شد
در این پیش‌چاپ، IBM دو پردازنده Nighthawk R1 را که هر کدام ۱۲۰ کیوبیت دارند، با استفاده از چهار کابل کواکسیال آلومینیومی به طول تقریبی ۸۰ سانتی‌متر درون یک سامانه سرمایشی برودتی به هم متصل کرد. پژوهشگران از این پیوندها برای انتقال حالت‌های کوانتومی، اجرای عملیات میان کیوبیت‌های روی تراشه‌های جداگانه، و تولید درهم‌تنیدگی در امتداد هر دو پردازنده استفاده کردند.
این شرکت این نتیجه را، تا جایی که می‌داند، نخستین نمایش یک اتصال میان‌تراشه‌ای کوانتومی چندکاناله میان پردازنده‌های کوانتومی ابررسانای بزرگ توصیف می‌کند. این آرایش شامل همه ۲۴۰ کیوبیت نبود. در عوض، تیم برای سرعت‌دادن به توسعه، کیوبیت‌های منتخب نزدیک به اتصالات میان‌تراشه‌ای را سیم‌کشی و اندازه‌گیری کرد.
جزئیات فنی
هر پیوند از کیوبیت‌های اختصاصی در دو سر کابل استفاده می‌کرد و عناصر کوپلینگ قابل‌تنظیم، برهم‌کنش میان آن کیوبیت‌ها و پیوند مایکروویوی را کنترل می‌کردند. پژوهشگران با استفاده از بنچ‌مارک‌گیری شبکه، وفاداری انتقال حالت را در هر دو جهت اندازه‌گیری کردند و گزارش دادند که هر چهار پیوند از ۹۸.۸۶٪ فراتر رفته‌اند. بهترین پیوند به ۹۹.۲۹٪ رسید، با عدم قطعیت ۰.۰۷ واحد درصد.
سپس تیم از این اتصالات برای پیاده‌سازی گیت‌های controlled-Z میان کیوبیت‌های محاسباتی روی پردازنده‌های مختلف استفاده کرد. این گیت‌های دوردست به دو انتقال حالت، سه گیت محلی دوتایی‌کیوبیتی و کنترل‌های تک‌کیوبیتی اضافی نیاز داشتند. میانگین وفاداری این گیت‌های دوردست ۹۴.۷۵٪ بود، در حالی که بهترین مورد به ۹۶.۴۲٪ رسید، با عدم قطعیت ۰.۲۸ واحد درصد.
IBM همچنین از حالت‌های درهم‌تنیده‌ای خبر داد که در دو تراشه توزیع شده بودند. پژوهشگران به‌طور هم‌زمان دو جفت درهم‌تنیده را از طریق پیوندهای مجاور تولید کردند، هرچند یکی از جفت‌ها هنگام کارکرد هم‌زمان وفاداری پایین‌تری نشان داد. آن‌ها همچنین حالت‌های درهم‌تنیده چهار-کیوبیتی و شش-کیوبیتی را ایجاد کردند که دو پردازنده را دربر می‌گرفت. وفاداری‌های اندازه‌گیری‌شده برای حالت چهار-کیوبیتی ۷۷.۲۳٪ و برای حالت شش-کیوبیتی ۶۷.۶۷٪ بود؛ پس از اصلاح آماری برای خطاهای اندازه‌گیری، این مقادیر به ۹۱.۷۰٪ و ۹۰.۸۷٪ افزایش یافت.
بسته‌بندی و پایداری
بخش قابل‌توجهی از این کار به یکپارچه‌سازی مکانیکی و برودتی مربوط بود. کابل‌ها به‌صورت عمود بر سطح تراشه متصل می‌شدند؛ هندسه‌ای که به گفته پژوهشگران، نسبت به آرایش‌های موازی پیشین برای چیدمان‌های متراکم‌تر اتصالات میان‌تراشه‌ای مناسب‌تر است. این اتصال از پیوندهای فشاری indium-to-indium استفاده می‌کرد که در دمای اتاق، پس از نصب ماژول‌های پردازنده در کرایواستات، شکل داده شدند.
طبق این مطالعه، هر چهار پیوند در طول سه چرخه گرم‌شدن و سردشدن، بدون نیاز به تنظیم اتصال، عملیاتی باقی ماندند.
این مقاله همچنین میدان‌های مغناطیسی در طول سردشدن را به‌عنوان یکی از منابع اتلاف کابل شناسایی می‌کند. IBM دو لایه محافظ مغناطیسی در اطراف کابل‌ها افزود، هرچند پژوهشگران بافت محافظ را اقدامی موقتی توصیف می‌کنند.
چرا اهمیت دارد
این نتیجه به یکی از پرسش‌های محوری مقیاس‌پذیری در رایانش کوانتومی ابررسانا می‌پردازد: آیا می‌توان چندین پردازنده را بدون از دست رفتن بیش‌ازحد اطلاعات کوانتومی لازم برای محاسبات مفید به هم متصل کرد؟ ساخت سامانه‌های بزرگ‌تر از ماژول‌ها می‌تواند محدودیت‌های فیزیکی مربوط به اندازه تراشه، سیم‌کشی و بسته‌بندی را کاهش دهد.
در عین حال، داده‌ها شکاف باقی‌مانده میان انتقال پایه‌ای حالت و عملیات توزیع‌شده کامل را نشان می‌دهند. مدل خطای IBM حدود ۷۷٪ از خطای انتقال حالت را به همدوسی محدود در کابل و کیوبیت‌های اختصاصی، به‌ویژه واهمدوسی فازی، نسبت داد. پژوهشگران می‌گویند برای تسریع آزمایش، عمداً برخی مراحل ساخت و پردازش را که به بهبود عملکرد کیوبیت معروف‌اند کنار گذاشتند.
چه چیزی را باید زیر نظر داشت
آزمون بعدی این خواهد بود که آیا IBM می‌تواند چهار پیوند فعال را به تعداد بیشتری اتصال تکرارپذیر و قابل‌تولید تبدیل کند و هم‌زمان وفاداری‌ها را افزایش دهد یا نه. این مقاله همچنین به یک تغییر معماری احتمالی اشاره می‌کند: ادغام مستقیم عناصر اتصال میان‌تراشه‌ای در شبکه پردازنده برای کاهش تعداد مراحل موردنیاز برای گیت‌های دوردست.
در حال حاضر، این کار بیش از آنکه یک رایانه کوانتومی ماژولار کامل باشد، یک زیرسامانه امیدوارکننده را نشان می‌دهد. همان‌طور که نویسندگان بیان می‌کنند، چالش پیش رو استفاده قابل‌اعتماد و تکرارشونده از چنین پیوندهایی در محاسبات دارای تصحیح خطاست.
منابع
اطلاعات این صفحه از منابع زیر گرفته شده و توسط DesignQuantum گردآوری شده است.