خلال AWS السنوي إعادة: مؤتمر اختراع في عام 2019، أعلن مزود السحابة العامة عن Braket، وهي مبادرة للخدمات والأجهزة للحوسبة الكمومية.
تم تقديم الخدمة في عام 2020 مع دعم لثلاث آلات: آلة قائمة على بوابة فائقة التوصيل من Rigetti؛ آلة الأيونات المحاصرة وجهاز التلدين الكمي من D-Wave. يُزعم أن التحديث الأخير يقدم تحسينًا بمقدار 10 أضعاف في أداء أعباء العمل المختلطة.
وفي معرض مناقشة كيفية بدء استراتيجية الحوسبة الكمومية للشركة، يقول ريتشارد مولدز، المدير العام في AWS Braket: “لقد أطلقنا جهدًا للأجهزة، والذي يقع بالفعل في موقع مشترك في حرم معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في كاليفورنيا لتوفير حاسوب كمي فائق التوصيل”. ويضيف أنه تم الوصول إلى هذا عبر خدمات Braket.
تركز استراتيجية الحوسبة الكمومية للشركة على كونها مستقلة عن الأجهزة، مما يوفر لعملائها إمكانية الوصول إلى تكنولوجيا الحوسبة الكمومية من خلال Braket. وبما أن تكنولوجيا الحوسبة الكمومية تتطور، فلا أحد يعرف على وجه اليقين أي تكنولوجيا الكم ستكون الفائز.
تحتاج المنظمات التي ترغب في استخدام الحوسبة الكمومية إلى فهم الفرق بين الأساليب المعمارية المختلفة، وموازنة الإيجابيات والسلبيات، ومعرفة كيفية الاستفادة من كل نوع من أجهزة الكمبيوتر الكمومية عند تطوير حالات الاستخدام.
بحلول عام 2020، يقول مولدز إن AWS كان لديها ثلاثة أجهزة حوسبة كمومية متاحة: “كان هدفنا هو توفير مجموعة واسعة من الآلات للعملاء حتى يتمكنوا من رؤية ما هو حقيقي، حتى يتمكنوا من رؤية الادعاءات المنطقية ويمكنهم التعرف على الحقيقة”. المسار من حيث مدى سرعة تطور هذه الآلات. ويقول إن هذا يساعد العملاء على التحريك ويمكّنهم من فهم ما إذا كانت الحوسبة الكمومية ستدخل في أعمالهم أم لا.
طرق مختلفة للحوسبة الكمومية
يشير مولدز إلى أنه لا توجد بنية مثالية للكمبيوتر الكمي. تحتاج الشركات إلى فهم الأساليب التقنية المختلفة التي تقدمها كل بنية، “لذلك يرغب العملاء في تجربة الأجهزة المختلفة. لا أحد يريد أن يكون مقيدًا بتقنية واحدة هذه الأيام. ويضيف: “إن الأمر لا يزال مبكرًا جدًا”.
“الشيء الذي يمكن للعملاء فعله الآن هو تجربة الأجهزة الكمومية الحالية. هناك العديد من الطرق المختلفة التي يمكنك من خلالها بناء كمبيوتر كمي. أنت تعلم أنه يمكنك استخدام الأيونات أو الإلكترونات أو الفوتونات. لكن لديهم جميعًا مقايضات مختلفة حقًا من حيث الجودة، ومعدلات الخطأ، وسرعة التشغيل، وعدد الكيوبتات، ونوع البوابات التي يمكنهم توصيلها والاتصال بين تلك البوابات. كلها تختلف بشكل كبير.”
من بين مجالات الحوسبة الكمومية التي حاولت AWS معالجتها هو تسهيل وصول العملاء إلى أجهزة الحوسبة الكمومية لمعرفة كيفية تشغيلها. وفقًا لمولدز، غالبًا ما يكون لدى الشركات التي تعمل على تطوير الحوسبة الكمومية عدد قليل من الآلات العاملة: “توجد هذه الأشياء في المختبرات، وفي كثير من الأحيان لا يكون لديك سوى وصول خاص وتحتاج إلى معرفة العلماء المعنيين.
“ليس الأمر كما لو أن لديهم رفوفًا من الخوادم. هذه هي أجهزة المرحلة المبكرة. وفي بعض الحالات، قد تصفها بأنها آلات نموذجية. لذلك، يحتاجون إلى بعض الرعاية والتغذية وقد يحتاجون إلى المعايرة كل يوم. ولسوء الحظ، فإن التكنولوجيا ليست ناضجة بما فيه الكفاية في الوقت الحالي لبناء أجهزة كمبيوتر كمومية في مركز بيانات أمازون.
“لا أحد يريد أن يكون مقيدًا بتقنية واحدة هذه الأيام. إنه فقط مبكر جدًا”
ريتشارد مولدز، AWS Braket
ما يعنيه هذا هو أن البرامج التي يرغب العملاء في تشغيلها تحتاج إلى التشغيل على أجهزة كمومية ليست داخل الحدود المادية لـ AWS. يقول مولد: “علينا القيام بالكثير من العمل فيما يتعلق بتأمين هذا الاتصال، ونعمل بشكل وثيق جدًا مع مزودي أجهزة الحوسبة الكمومية للتأكد من أن البنية التحتية الأمنية الخاصة بهم مناسبة لتشغيل بيانات عملائنا”.
وهذا يعني أيضًا أن التطبيقات على AWS التي ترغب في الاستفادة من موارد الحوسبة الكمومية من خلال Braket تتطلب تحسينًا لتقليل اتصالات الشبكة إلى موقع الحوسبة الكمومية المستهدف.
“هناك دائمًا تفاعل حقيقي مهم بين أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية وأجهزة الكمبيوتر الكمومية – فهي تعمل جنبًا إلى جنب. لذا، فإن أي شيء يمكنك القيام به لجعل هذا الاتصال فعالاً، سيؤدي في النهاية إلى تسريع التطبيق.
تحديات الصناعة
إلى جانب الوصول إلى الأجهزة، يقول مولدز إن هناك مشكلة أخرى في الحوسبة الكمومية وهي أن الصناعة مجزأة. “كل جهاز لديه في الأساس بيئة التطوير الخاصة به، ومجموعة أدوات المطور الخاصة به. نريد الابتعاد عن ذلك ومحاولة تمكين العملاء من تصميم خوارزميات كمومية ثم تشغيل تلك الخوارزميات على العديد من الأنواع المختلفة من [quantum computing] الآلة قدر الإمكان.”
وفقًا لمولدز، لا يستطيع الكمبيوتر الكمي اليوم أن يتفوق على الآلة الكلاسيكية. ويقول: «لقد توصل الناس إلى بعض المسائل الاصطناعية والأمثلة الاصطناعية، والتي يشار إليها عمومًا بالتفوق الكمي، لكن هذه ليست مشاكل مفيدة. لا أحد يستخدم هذه الأجهزة لتشغيل أحمال عمل الإنتاج في الوقت الحالي. لا أحد يدخر المال.”
ويقول إن العديد من الشركات ترغب في معرفة ما إذا كانت هناك أية مشكلات مفيدة يمكن حلها عن طريق الحوسبة الكمومية بشكل أسرع أو أرخص من الآلة الكلاسيكية.
ومع ذلك، هناك الكثير من العمل الذي يتم إنجازه في مجال البحث، حيث يحاول العلماء فهم كيفية بناء آلة أفضل والتحقيق في كيفية تحديد خوارزميات أفضل لها. الاحصاء الكمية.
يقول مولدز إن الناس يبحثون عن كيفية استخدام تقنيات الحوسبة الكلاسيكية جنبًا إلى جنب مع التعلم الآلي لجعل الخوارزميات الكمومية تعمل بشكل أفضل، مضيفًا:
“اليوم، الأمر كله يتعلق بالتجربة.”
يقول مولدز إن العلماء يبحثون أيضًا في إمكانية استخدام الحوسبة الكمومية المحاكاة الجزيئية. وهو يعتقد أن هذه قد تكون أول حالة استخدام للحوسبة الكمومية لديها القدرة على النجاح. يقول: “إنه أمر منطقي نوعًا ما”. “عندما تفكر في الأمر، فأنت تستخدم آلة كمومية لمحاكاة نظام كمي بشكل أساسي.”
يتضمن التفاعل الكيميائي تفاعل الذرات والجزيئات على المستوى الكمي – الإلكترونات والبروتونات. يقوم الكمبيوتر الكمي بتشغيل التوأم الرقمي للتجربة بشكل فعال. يتم بعد ذلك استخدام نتائج تجربة “المختبر الرطب” في العالم الحقيقي لضبط المعلمات في التوأم الرقمي، حتى ينتج نفس نتائج التفاعل الكيميائي الحقيقي.
ولكن، كما يشير مولدز، فإن التوائم الرقمية التي تعمل على جهاز كمبيوتر كلاسيكي غير قادرة على صياغة التفاعلات الكيميائية بدقة: “لا يمكنك تصميم هذه الأشياء بشكل مثالي باستخدام آلة كلاسيكية. الأمر معقد للغاية.”
تعتمد صناعة البتروكيماويات والأدوية والبلاستيك على جزيئات ضخمة لا يمكن نمذجتها ببساطة. مع الحوسبة الكلاسيكية، يقول أن هناك الكثير من التنازلات والكثير من التبسيط. يقدم الكمبيوتر الكمي للعلماء طريقة محتملة لتشغيل التوأم الرقمي دون تبسيط أو تنازلات.
من المحادثة مع Moulds، يبدو أن أجهزة الحوسبة الكمومية لا تزال بعيدة المنال. ومن المؤكد أن الأمر سيستغرق بعض الوقت قبل أن تنضج التكنولوجيا إلى حد يمكن نشرها بنفس طريقة البنية التحتية لمراكز البيانات في السحابة العامة. ومع ذلك، لا ينبغي أن يمنع هذا المؤسسات من تجربة الأنواع المختلفة من بنية الحوسبة الكمومية للتحقيق في حالات الاستخدام المحتملة.
ومع ذلك، فإن حقيقة أنه لا يزال الوقت مبكرًا للحوسبة الكمومية يعني أنه يمكن التحقق من التطبيقات التي تستهدف أجهزة الكمبيوتر الكمومية باستخدام بنيات الحوسبة الكلاسيكية. في المستقبل، عندما يتم تحقيق التفوق الكمي، لن يكون من الممكن تحقيق ذلك تشغيل هذه المحاكاة للتحقق من النتائج.
