ضع الكثير من Qubits معًا ولديك الحوسبة الكمتتطلب مراكز البيانات التي يمكن أن تدعمها.
لا تتعلق مركز البيانات الكم فقط بوجود مبنى مع كمبيوتر الكم فيه. يقول أندرو لورد ، مدير شبكات البصرية والكمومية في BT Group ، إن هناك أسئلة حول شكل أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي يجب أن تبدو عليها وكيف يجب أن تتصل في سياق مركز البيانات.
يوفر مركز البيانات في Essence الاتصال ، وغالبًا ما يربط العديد من الأشخاص أو العملاء بالرفوف وحساب المعدات والباقي. مضيفا الكم احسب كجزء من مورد حساب عام يجيب على الأسئلة يجب أن تساعد في بعض التحديات ، على الرغم من أن الكثير من عدم اليقين يبقى.
ركز أيضًا على التحديات الطويلة الأجل بيانات الكم واتصالهم في BT هو أخصائي الأبحاث البصرية والكمية Emilio Hugues-Salas. إن حل “الفيزياء الصلبة” حول لغة الكمبيوتر الكمومية القائمة على Qubit مقابل الأصفار الحاسوبية الكلاسيكية ، وقد يستغرق الأمر من خمس إلى 10 سنوات ، على الرغم من أن العمل يتحرك “سريعًا جدًا”.
Qubit هي النسخة الكمومية من جزء ثنائي من الأصفار وتلك في الحوسبة الكلاسيكية. إنه نظام ميكانيكي كميين من الدولتين أو مستويين. عند قياسها ، يمكن أن يكون للإلكترونات تدور واضحة لأعلى وتدور مع بعض الاحتمالات المرفقة.
“إن النظر إلى التعاريف ، فيما يتعلق بمتطلبات وهندسة بيانات بيانات الكم ، يشير إلى بنية تمكن من الوصول الآمن إلى حساب الكم ، حيث ليس لديك وحدات معالجة كمية تقليدية فحسب ، ولكن لا تملك وحدات معالجة الكم التي يمكنك استخدامها اعتمادًا على المتطلبات والتطبيق ،” Hugues- يقول سالاس.
ويضيف اللورد: “إنه مثل العودة عندما لم نكن نعرف ماهية الإنترنت”. “بصراحة ، الكثير يدور حول إتاحة الكم لمجرد معرفة ما سيفعله الناس به – أي شيء من العثور على أدوية جديدة إلى نمذجة الجزيئات الأساسية أو التمثيل الضوئي.”
في مثل هذه المناطق المتعطشة للطاقة ، يمكن أن يثبت اختراق كبير “قيمة واحدة” القيمة وتستحق الجهد لأنها مكلفة للغاية مع التكنولوجيا الحالية.
“على سبيل المثال ، أود تقليل استهلاك الطاقة في شبكة BT ، لكنه صعب للغاية وسأستغرق وقتًا طويلاً. ثم ، بحلول الوقت الذي فعلت فيه ، تغيرت الأمور “، يقول اللورد. “وقد تحتاج فقط إلى الوصول إلى جهاز كمبيوتر الكم لبضع ثوانٍ حاسمة للقيام بذلك.”
تعمل BT أيضًا على شبكات الكم والحوسبة ، بما في ذلك “أي شيء يمكن أن يتداخل مع اهتمامات BT” ، مثل الترابط الكمومي التجريبي إلى مراكز الاعتماد “العادية” في لندن.
هذا الأخير هو مشروع من الدرجة شبه التجارية يدور بشكل أساسي حول الارتباط الآمن. يقول لورد: “يمكن للعملاء بعد ذلك وضع بياناتهم على السحابة بشكل آمن ، والقيام بالعمليات وتوصيل العديد من عملائهم عبر السحابة”.
حل المشكلات بالتوازي
عندما يتعلق الأمر بالحوسبة الكمومية بشكل عام ، فإن أوين روجرز ، كبير مديري الأبحاث في الحوسبة السحابية في الذكاء في وقت التشغيل ، لديه تشبيه: تخيل أن لديك قفلًا بلاستيكيًا ، ولكن لإلغاء قفل القفل بدون الكود ، لا تريد أن تضطر إلى جرب كل مجموعة ممكنة.
“لكن دعنا نقول أنه على الحلقات التوافقية ، هناك القليل من المعدن الذي يحدث على الرقم الصحيح. يقول روجرز: “من المتصور أنك قد تلوح ببساطة مغناطيسًا عبر القفل للتعشيق بشكل صحيح وإلغاء قفل الأرقام الصحيحة”. “الحوسبة الكمومية هي في الحقيقة وسيلة لحل الأشياء بالتوازي ، وذلك باستخدام عدم اليقين من ماذا الجزيئات يفعل.”
التحديات المتبقية ، رغم ذلك ، متعددة الأوجه. من الواضح أن خوارزميات الكم تتطلب مهارات خاصة ، ثم هناك مشاكل فنية وهندسة.
على سبيل المثال ، كلما زاد عدد qubits لديك ، كلما زاد عرضها للضوضاء. يجب الاحتفاظ بالجسيم الفردي الحساس في حالة يمكنك من خلالها التحكم فيها. وهذا يعني متطلبات التبريد ، حتى التبريد المبرد.
يقول روجرز: “عليك إزالة أكبر قدر ممكن من التداخل”. “ويجب أن يكون لمركز البيانات هذه القدرات.”
إن أبحاث الحوسبة الكمومية اليوم مكلفة مع فرصة ضئيلة للنجاح فقط ، ولكن قد تكون الفوائد المرتفعة إذا كان من الممكن إجراء الحوسبة الكمومية للعمل فلكيًا. على سبيل المثال ، إذا كان بإمكان الفريق أن يحل بسرعة شيئًا كان من المستحيل قبل أو بدون افتراضات.
يقول روجرز: “ومع ذلك ، قد نصل إلى مستوى معين من Qubits ومن ثم يكون التداخل أسوأ بشكل كبير ، ولا يمكننا زيادتها ، على سبيل المثال”.
في المملكة المتحدة ، تشمل مشاريع متعددة في التطوير خمسة مراكز بحث كمية جديدة أعلن في يوليو 2024. من بين هذه هي مركز شبكات الكم المتكاملة لجامعة هيريوت وات (IQN). والفكرة هي أن “الإنترنت الكمومي” الذي يربط أجهزة الكمبيوتر الكم يمكن أن توفر حسابًا ضخمًا ، والاستفادة من التشابك الكمومي والذاكرة.
آخر هو محور QCI3 الشريك في الصناعة في جامعة أكسفورد. يبحث QCI3 من تطبيقات الحوسبة الكمومية المتكاملة والمتكاملة ، وتتطلع إلى سوق محتملة قدرها 1.3 تريليون دولار لشبكات ML الكمية والشبكات العصبية بحلول عام 2030.
الاستثمار اللازم لتحقيق مكاسب
تؤكد دومينيك أندرزيجتشوك ، الرئيس التنفيذي لشركة QDC.AI مع استثمارات في شركتي أجهزة كمية في أكسفورد-أكسفورد أيونيك في أكسفورد ، والضوئية الكاملة التي تركز على الحوسبة ORCA-أن التحديات الهندسية تستغرق وقتًا لحلها.
ومع ذلك ، فإن بنيات تصنيع الأيونات جيدة في السيطرة على Qubits “عالية الجودة للغاية” مع نفس تقنيات تصنيع CMOS مثل Qubits الفائقة الموصلة ، مع إضافة Andrzejczuk: “هذا يعني أنه يمكن أن تتوسع بسهولة.”
يرويه خلفيته في الفيزياء إلى الكم ، كما يخبر الكمبيوتر أسبوعيًا ، ولكن هناك انشقاق في القطاع الكمومي بين الحوسبة العلمية ، ويميل إلى أبحاث العمليات من المبادئ الأولى وعمل وادي السيليكون.
مع الذكاء الاصطناعي (AI) ، يمكنك أخذ مجموعة من البيانات العشوائية وتكتشف الجهاز الوظيفة. قوتها هي أيضًا ضعفها ، لأنك تحتاج إلى الكثير من الأجهزة للعمل بسرعة.
ومع ذلك ، كما أصبح واضحًا مع بعض نماذج اللغة الكبيرة (LLMS) ، هذا لا حجم حسنًا ، مع أن Andrzejczuk يشير إلى الخارج: “Openai يحرق مليارات الدولارات كل عام. “
يبدأ نهج الحوسبة العلمية من الطرف الآخر ، حيث يقوم عالم فيزيائي أو عالم رياضيات بفحص مجموعة البيانات ، ثم تطوير الوظيفة لتناسب تلك البيانات ثم الإشارة إلى الوظيفة والمعلمات والقيود على الجهاز. يمكن أن تكون أبحاث العمليات ذات الصلة محددة للغاية لاستخدام الحالات في مجالات مثل الخدمات اللوجستية مع متغيرات وقيود لا تعد ولا تحصى – وهذا أمر أصعب بالنسبة للتعلم الآلي.
“حالة الاستخدام المثالية واحدة هي شركات الطيران والنقل. إذا كنت قد تأخرت أو تم إلغاؤك ، فيجب عليك الاتصال بشخص ما لإعادة دفتر تذكرتك. حجم البيانات لـ خوارزمية ML لحل هذا فلكي ، “يقول Andrzejczuk.
يمكن أن يكون تمثيل مشكلة التحسين في الكمبيوتر الكلاسيكي بسيطًا ، مع قيم عدد صحيح. ولكن في سياق الكم ، يعني التحسين الثنائي التربيعي غير المقيد أن تكون متغيراتك يجب أن تكون ثنائية ، بدلاً من الأعداد الصحيحة.
“فكر في 600 شاحنة كنوع من التسلسل من تلك والأصفار” ، يقول Andrzejczuk. ثم نحتاج إلى طبقة استخراج. نحتاج إلى تحويل مشكلة ، دعنا نقول ، مكتوبة بشكل دلالي باللغة الإنجليزية البسيطة ، إلى نوع من التعليمات البرمجية الثنائية. هذه الأدوات غير موجودة الآن. “
لا يزال هناك حاجة إلى مزيد من الاستثمار في مليارات الدولارات “لدفعه إلى الأمام” ، ولكن إذا نجح ، “الجميع يفوز” ، يضيف أندرزيجتشوك.
تطوير الإمكانات الكمومية والإبلاغ
يوافق جيري تشاو ، زميل IBM ومدير أنظمة الكم وتكنولوجيا وقت التشغيل ، على أنها الأيام الأولى-فهي أكثر من تجارب فيزياء ، ويتم إحراز تقدم مع أدوات حسابية قابلة للنشر والحلفاء الفائق المتمحور حول الكمية: “الآن [at IBM]، نقوم بتقديم أنظمة مكونة من 100 ربع أو أكثر. ونحن في عالم يتضور جوعا من الحساب. “
تدير IBM 14 نظامًا كميًا على نطاق أدوات ، بما في ذلك مركز البيانات الكم في Poughkeepsie و New York و Ehningen ، ألمانيا ، بالإضافة إلى أنظمة مخصصة مع عملائها.
تضم شبكة الكم في IBM حوالي 250 مؤسسة ومؤسسات بحثية وشركات ناشئة وجامعات وقادة الصناعة ، بما في ذلك 80 في أوروبا. عوامل خريطة الطريق الكمومية في الوقت المتوقع حل التحديات المتبقية حتى عام 2033.
يقول تشاو: “النقطة المهمة هنا هي أن Quantum تقوم ببعض أعباء العمل بشكل مختلف تمامًا”. “نرى تلك الشبكة الكمومية على أنها كيفية العثور على هذه الأدوات ونستخدمها ميزة الكم“
سيتم الجمع بين حلول متعددة ، بما في ذلك QPUs و GPUs و CPU. تضمنت الاستضافة في Poughkeepsie “عدة” إلى أعداد “رقمية مزدوجة” من أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، والتي تتراوح من قبل المعالج المستخدم.
“في ما نسميه مقياس الأداة المساعدة ، بالتأكيد هناك دوائر كمية تتجاوز المحاكاة الدقيقة مع موارد وحدة المعالجة المركزية أو وحدة معالجة الرسومات. يقول تشاو: “أفضل الطرق التالية للتعامل مع بعض هذه الدوائر ، في الواقع ، هي مع بعض طرق شبكة الموتر أو بعض أنواع طرق الحوسبة التقريبية التي تستفيد من العقد عالية الأداء”.
يعتمد الأداء على أرقام Qubit أو الحجم والسرعة والجودة أو معدل الخطأ – دقة تنفيذ الدوائر الكمومية. يمكن للمستخدمين تجربة أنظمة 127 كومة خالية ؛ تقدم IBM 10 دقائق في الشهر من وقت تنفيذ منصة الكم ، مع الأنظمة والتوثيق وموارد التعلم.
وتأمل IBM ذلك في تعزيز العروض التوضيحية العلمية وحتى ذات الصلة بالأعمال التي تقدم السرعة أو الدقة أو فعالية التكلفة ، ناهيك عن تطوير النظام الإيكولوجي في القطار من خدمة وظائف Qiskit الخاصة بالمجال إلى تكامل من نوع الوسيطة من الطرف الثالث.
