هاو نان من معبد آو فاي تقرير Qubit | الرقم العام QbitAI

هل من المتوقع أن تحقق الحوسبة الكمية تقدمًا كبيرًا في غضون 10-15 عامًا ، والخروج من المختبر ، وتطبيقها حقًا لحل المشكلات العملية؟

لا يزال اللاعبون الرئيسيون في مجال الكمبيوتر الكمومي هم Google و IBM و MIT وعمالقة التكنولوجيا الأمريكية الأخرى. ما حالة مستوى البحث في الحوسبة الكمومية في الصين دوليًا؟

في 28 مارس ، عقد منتدى تكنولوجيا الكمبيوتر للشباب (YOCSEF) التابع لجمعية الكمبيوتر الصينية " كم يبعد الكمبيوتر الكمي عنا ندوة عبر الإنترنت.

بهذه الأسئلة ، تبادلنا هذا الموضوع الساخن مع أكثر علماء الحوسبة الكمومية وقادة الأعمال في الصين موثوقًا.

ما هو حاسوب الكم الموثوق حقا؟

في نهاية أكتوبر 2019 ، أعلنت Google أن الشريحة الخاصة بها التي تسمى Sycamore حققت بنجاح "الميزة الكمية" ، وهي إنجاز المهام التي يكاد يكون من المستحيل تنفيذها على أجهزة الكمبيوتر التقليدية لإثبات قدرات أجهزة الكمبيوتر الكمومية.

حاسوب "سيكامور" الكمّي من جوجل

إن مصطلح "الميزة" يجعل الناس يشعرون أن الحوسبة الكمومية تبدو قادرة على استبدال أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، لكن IBM لا توافق على أداء Google ، حيث يعتقدون أن Google Sycamore هو "تأرجح". بادئ ذي بدء ، لا يوجد لدى Sycamore وظيفة فعلية ، بل تقوم فقط بإنشاء أرقام عشوائية ؛ وثانيًا ، خوارزمية الكمبيوتر التقليدية التي تستخدمها Google للمقارنة المرجعية ليست مثالية. في الواقع ، يمكن أيضًا إكمال هذه المهمة بواسطة أجهزة الكمبيوتر التقليدية دون صعوبة.

يتمثل المسار المعتمد من شركة IBM في الجمع بين مزايا الحوسبة الكمية مع أجهزة الكمبيوتر التقليدية وتحقيق التسويق التجاري للحوسبة الكمية في أقرب وقت ممكن. كما أطلقت شركة آي بي إم النسخة الأولية من الخدمة السحابية الكمومية للشركات ومؤسسات البحث العلمي.

إذاً ، لمن الطريق الصحيح؟ كأشخاص يأكلون البطيخ ، ماذا يمكن أن نتوقع من الحوسبة الكمومية؟

5 طرق فنية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية

بادئ ذي بدء ، نحتاج إلى معرفة أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية هي أجهزة مادية تستند إلى القوانين الجديدة لميكانيكا الكم ، وهي أنظمة كمبيوتر ذات قدرات جديدة. يتم تجميع أجهزة الكمبيوتر الكمومية على أنظمة مجهرية مثل الذرات أو الإلكترونات. على عكس أجهزة الكمبيوتر التقليدية التي تستخدم إمكانات عالية ومنخفضة لتمثيل 1 ، 0 ، تختار أجهزة الكمبيوتر الكمومية دوران الإلكترون لأعلى ولأسفل لتمثيل 1 و 0. في المقابل ، لم تعد وحدة الحوسبة في الكمبيوتر الكمومي ترانزستورًا ، بل كبيت.

بعبارات أخرى، يتم تحديد قدرة الكمبيوتر الكمومي من خلال عدد واستقرار كيووبتاته القابلة للتشغيل (وقت التماسك والإخلاص) .

ولإدراك الحاسوب الكمومي ، فإنه يتطلب ثلاثة عناصر: كيوتب متاح ، وعمل كمومي عالي الدقة ، ونظام كمي (يكفي كوبيتات).

يمكن استخدام جميع الموجات الحاملة التي لها تأثيرات كمومية في الطبيعة كبتات ، وهناك حاليًا خمسة أنظمة فيزيائية مختلفة لتحقيق حاسوب كمومي:

هذه الطرق التقنية لها مزاياها وعيوبها ، فقد تم الترويج لكل مخطط من قبل مؤسسات بحثية مختلفة ، ولسوء الحظ ، لم يتم تحقيق أي اختراق في أي من المسارين ، لذلك لا يستطيع الباحثون الآن تحديد أفضل مخطط مادي لتحقيق أجهزة الكمبيوتر الكمومية.

يتبع 80 إلى 90 بالمائة من المطورين حاليًا مسار الجهاز ذي الحالة الصلبة ، والذي يتضمن الموصلات الفائقة وأشباه الموصلات.

هناك سببان ، الأول هو أن البشر يأملون في استخدام أشباه الموصلات المتقدمة وتقنية الدوائر المتكاملة لتحقيق أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، وميزة ذلك هي قابلية التوسع المستقبلية للكمبيوتر ، والتكامل قوي جدًا. والثاني هو أن الجميع يأمل في إدراك ذلك في اتجاه أجهزة الحالة الصلبة واتجاه الكهرباء ، لأن الناس لا يزالون يتوقعون أن يكون الكمبيوتر الكمي المستقبلي والكمبيوتر الكلاسيكي متوافقًا ومدمجًا.

إذن ، ما هي الصعوبات التقنية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية؟

الإخلاص يعتمد على الحرفية والمواد

الإخلاص هو مقياس أساسي لفقدان تماسك الطور في الحوسبة الكمومية ، وقيمته بين 0-1. معرف ك:

من بينها ، يفترض ببساطة أن H و H 'ليس لهما وقت صريح ، ويختلفان باختلاف مصطلح الاضطراب H = H + V.

ببساطة ، يشير الإخلاص إلى التشابه بين وحدة الحوسبة الكمومية والمعلومات المتوقعة بعد العملية. نأمل بالتأكيد أنه كلما زادت دقة الحوسبة الكمومية ، كان ذلك أفضل.

هناك حاجة إلى ثلاثة عناصر لتحقيق حاسوب كمومي: كيوبت قابل للاستخدام ، وعمل كمومي عالي الدقة ، ونظام كمومي (ما يكفي من وحدات البتات).

بأخذ الموصلات الفائقة الموصلية كمثال ، فإن إحدى أهم مزاياها هي أنه يحتوي على هيكل يشبه الدائرة ويمكنه استخدام تقنية الدوائر المتكاملة التقليدية لتحقيق الطباعة والتصنيع على نطاق واسع بسرعة.

لقد تطورت بسرعة خاصة في السنوات القليلة الماضية ، ويوضح الشكل التالي أن زمن فك الارتباط للموصلات الفائقة الموصلية سيتضاعف في غضون عامين إلى ثلاثة أعوام. أما الآن فقد تم مقارنة أداء الكيوبت بأكمله مع عشر سنوات مضت وخمس عشرة سنة مضت. أفضل بكثير.

بالإضافة إلى فك الترابط والكمية ، يمكننا أن نرى أن دقة تشغيل بوابة qubit فائقة التوصيل عالية أيضًا ، حيث تصل إلى 99.4. ويجب أن يشتمل الكمبيوتر الكمومي العملي على ما لا يقل عن مليون بوابات بت ، الصعوبة كيفية زيادة عدد البتات دون فقدان دقة بوابة البتات .

من الجذر ، نحتاج إلى التحسين من جانبين من المواد والعمليات.

استخدمت الكوبتات المبكرة مواد أشباه الموصلات التقليدية جدًا ، باستخدام تقنية أشباه الموصلات التقليدية مباشرةً ، لكن أداء فك الترابط كان ضعيفًا نسبيًا ، أقل من ميكروثانية واحدة. في ذلك الوقت ، لم يكن لدى الجميع آمال كبيرة في هذه الحوسبة الكمومية فائقة التوصيل ، معتقدين أن هذا الشيء يمكن أن يدرس فقط بعض المشاكل الأساسية لميكانيكا الكم ، ولا يزال استخدامه متدنيًا في الحوسبة الكمومية.

في عام 2007 ، غيرت الموصلات فائقة التوصيل نوعًا من آلية السعة ، تم تحسين الأداء بشكل كبير. في 13 و 14 عامًا ، قامت Google بالعديد من الابتكارات التكنولوجية ، وزاد وقت decoherence بسرعة ليصل إلى 100 ميكروثانية. خاصة هذا العام ، بدأ العلماء في تطبيق مواد جديدة ، مثل التنتالوم ، والتي قد تكون قادرة على زيادة وقت decoherence البت إلى مزيد من المئات من الميكروثانية.

هذا أمر مشجع ، على الرغم من أن وقت ميلاد الحوسبة الكمومية فائقة التوصيل قصير ، إلا أنه حافظ على تقدم سريع جدًا خلال هذه السنوات الـ 21.

لذلك ، هناك احتمال أن يتم تحسين وقت decoherence qubit بشكل أكبر في المستقبل. في الواقع ، لم تصل التكنولوجيا الجديدة والمواد الجديدة حاليًا إلى عنق الزجاجة. على سبيل المثال ، يمكننا استخدام تغليف فراغ عالي جدًا لجعل سطح دائرتنا أكثر نظافة ؛ على سبيل المثال ، يمكننا استكشاف تقنية ذوبان الركيزة في الموقع ، والتي قد تسمح لنا بوجود عدد أقل من العيوب في الركيزة ؛ هناك أيضًا ما يسمى بإثراء النظائر ، أي الركيزة لشريحة الكم فائقة التوصيل الخاصة بنا ، مثل السيليكون ، قد نستخدم نظير السيليكون 28 هذا لأن الركيزة قد تكون أفضل.

تعتقد الصناعة أنه يمكن رفع وقت فك الترابط للكيوبت فائقة التوصيل إلى مستوى ميلي ثانية واحدة في المستقبل. ما هو مفهوم المللي ثانية؟ يتطلب الكيوبت الواحد للتطبيقات التجارية 4 دقة 9 ، ويتطلب كيوبتان 39 ثوانٍ. إذا كان وقت إزالة الترابط يمكن أن يصل إلى ميلي ثانية واحدة ، عندها يمكن للبت الواحد تحقيق 59 دقة ، يمكن للبت المزدوج الوصول إلى دقة 49s.

انطلاقا من عملية التنمية الماضية ، يعتقد معظم الخبراء ذلك في السنوات 10-15 القادمة ، ستتمكن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ذات القيمة التجارية من الهبوط.

صناعة الحوسبة الكمومية الحالية: الكثير من المال

جاء الدكتور Zhang Hui ، الذي حضر الاجتماع ، من Benyuan Quantum Computing Technology Co. ، Ltd. ، وهي مؤسسة مبتكرة احتضنتها في مختبر معلومات الكم التابع للأكاديمية الصينية للعلوم ، مكرسة لتسويق الحوسبة الكمومية.

يعتقد الدكتور زانغ أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية لا تزال في مرحلة "الأنبوب" تعادل أجهزة الكمبيوتر التقليدية. في الوقت الحاضر ، جميع المؤسسات التي تعمل على أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، سواء كانت الشركات الرائدة في الصناعة مثل Google أو IBM أو D-wave أو الشركات الناشئة المحلية ، الإيرادات في أعمال الحوسبة الكمومية هي 0 واستثمارها البحثي ضخم ، وتحتاج مجموعة أساسية من معدات الأجهزة إلى 500-600 مليون يوان على الأقل.

ولكن هذا لا يعني أن هذه الصناعة غير مستدامة ، بل إن الدول قد بدأت بالفعل في التخطيط الصناعي للحوسبة الكمومية ، وتم إدخال سياسات الدعم ذات الصلة واحدة تلو الأخرى ، كما جذبت آفاقها المشرقة الكثير من الاستثمار الاجتماعي.

شهدت الحوسبة الكمومية بعض حالات الاستكشاف العملي في السنوات الأخيرة ، مثل الحوسبة الكمومية + النقل الذكي. نظريًا ، يمكن دراسة العديد من طرق خوارزميات التحسين. استخدمت Google و Volkswagen خوارزميات التوجيه الكمي وإدارة بيانات حركة المرور في عام 2019. في الواقع ، يمكنك التحكم في الحافلات التسعة لتحسين المسار من المكان إلى الفندق. بالطبع ، سيقول الكثير من الناس أنه يمكن أيضًا حل الكمبيوتر الكلاسيكي ذي التسع سيارات ، ولكن النقطة الأساسية هي أن الحوسبة الكمومية يمكن أن تتحكم في تسع سيارات بنموذج بسيط للغاية. يمكنك التأكد من أنه كلما زاد عدد الرقائق ، زاد عدد السيارات التي يمكن التحكم فيها. هناك تحسن أسي ، وهو أمر مستحيل بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر التقليدية.

يمكن للحوسبة الكمومية والتمويل حل العديد من الصعوبات والمشكلات في المجال المالي.يعمل كل من JPMorgan Chase و IBM معًا لدراسة خوارزمية رفع سعر الكم التسارع الثاني ، وهناك خوارزميات أخرى مثيرة للاهتمام جدًا للعديد من البنوك.

تعد الحوسبة الكمومية والطب الحيوي أيضًا اتجاهًا جذابًا للغاية ، ففي الفترة الماضية ، تعاون العديد من الشركات أو المؤسسات مع الفريق الطبي ، بما في ذلك كيفية محاكاة تطور الذرات الجزيئية. أصدرت شركة Benyuan Quantum الصينية أول برنامج تطبيقي للكيمياء الكمومية في عام 2018 ، يستخدم لمحاكاة الهياكل الجزيئية المعقدة. وفي المستقبل ، لا يتطلب تركيب الأدوية المعقدة طريقة للتجربة والخطأ. ويمكن محاكاة الكمبيوتر لتقليل وقت التطوير.

قال الدكتور زانغ هوي إن الحوسبة الكمومية في الصين ما زالت في مرحلة الاستكشاف ، وبأخذ الكم الأصلي كمثال ، فإن اتجاهه الرئيسي للتقدم هو إدراك الحواسيب الكمومية باستخدام النقاط الكمومية شبه الموصلة. الحوسبة السحابية ، ولكن قوتها الحوسبية محدودة ، خاصة للعرض والترويج.

كشف الدكتور زانغ أنه في عام 2020 ، ستقوم جمعية Yuanquan Quanquan والأكاديمية الصينية للعلوم بإطلاق أول كمبيوتر كمومي في الصين ، والذي يبعد عن 20-30 كيلوبايت ، على الرغم من أن هذا لا يزال بعيدًا عن الولايات المتحدة من 4-5 سنوات ، إلا أنه يعتقد أن الإشارة إلى معدل التطور الحالي للحوسبة الكمومية ، المستقبل 10 في -15 عامًا ، يمكننا على الأقل مزامنة التطبيق التجاري لأجهزة الكمبيوتر الكمومية مع الولايات المتحدة.

باستعارة جملة من الأكاديمي Guo Guangcan ، مؤسس نظام معلومات الكم الصيني: الحوسبة الكمومية الآن مثل كهف ، لا نعرف ما إذا كان كنزًا أو وحشًا في هذا الكهف. ومع ذلك ، فإن الدول المتقدمة مثل الولايات المتحدة تتسابق لدخول هذا الكهف ، وليس لدى الصينيين سبب لعدم الدخول ، ويجب علينا أيضًا أن نتحلى بالشجاعة للدخول لمعرفة ما إذا كان يمكن إجراء هذه الحوسبة الكمومية.

مناهج خطاب الندوة:

https://dl.ccf.org.cn/meeting/loadMeetingDetailById؟id=4861100654249984&_ack=1

- إنهاء -

Qubit QbitAI توقيع العنوان

تابعنا واحصل على آخر تحديثات التكنولوجيا