آزمایشگاه های Oak Ridge سیستم هیبریدی کوانتومی-HPC را برای آزمایش تصحیح خطای کیوبیت دریافت می کنند.

آزمایشگاه ملی Oak Ridge (ORNL) اکنون دارای سیستمی برای تحقیق در مورد تصحیح خطای کوانتومی است که پردازنده‌های کوانتومی IBM را با یک سیستم محاسباتی با کارایی بالا (HPC) مبتنی بر سیلیکون AMD ترکیب می‌کند.

مرکز علوم کوانتومی (QSC) در ORNL، که توسط وزارت انرژی ایالات متحده (DoE) تامین می شود، از آنچه که پلتفرم طراحی مشترک برای تصحیح خطای کوانتومی، تلفیق فناوری کوانتومی و HPC می نامد، رونمایی کرد.

به گفته ORNL، در حالی که به نظر می رسد سیستم های کوانتومی مفید و مقاوم به خطا همیشه حداقل یک دهه با آن فاصله دارند، پیشرفت های قابل توجهی در چند سال گذشته در زمینه تصحیح خطای کوانتومی صورت گرفته است. اینها شامل نمایش های اولیه حفاظت از اطلاعات کوانتومی در برابر نویزهای محیطی است که می تواند باعث از بین رفتن حالت های کوانتومی شکننده مورد نیاز برای محاسبات شود.

تراویس هامبل، مدیر QSC، گفت: «حل چالش‌های تصحیح خطای کوانتومی برای تبدیل محاسبات کوانتومی به ابزاری عملی برای اکتشافات علمی، که یک اولویت برای آزمایشگاه ملی اوک ریج است، ضروری است.

جی گامبتا، عضو IBM و مدیر تحقیقات IBM گفت که دیگر بحث این نیست که آیا تصحیح خطا کار می کند یا خیر، بلکه چگونگی تسریع و بهینه سازی تصحیح خطا برای ساختن سیستم هایی است که دانشمندان بتوانند از آنها برای مقابله با مشکلات چالش برانگیز استفاده کنند.

وی اظهار داشت: این پلتفرم جدید طراحی مشترک برای تصحیح خطای کوانتومی به ما امکان می دهد رویکردهای مختلف را ارزیابی کرده و معماری ها، نرم افزارها و گردش های کاری را که مقیاس خواهند شد، تعیین کنیم.

ابزار جدید ORNL یک سیستم کوانتومی IBM دو مجهز به جدیدترین پردازنده‌های کوانتومی 120 کیوبیتی Nighthawk r2 و Umbra، یک سیستم HPC کلاسیک با پردازنده‌های AMD نسل پنجم Epyc و شتاب‌دهنده‌های GPU Instinct MI355X را ترکیب می‌کند.

به گفته AMD، CPU ها هماهنگی و عملکرد همه منظوره مورد نیاز برای هماهنگ کردن همه چیز را فراهم می کنند، در حالی که GPU ها شبیه سازی، بهینه سازی و محاسبات علمی موازی پیرامون بارهای کاری کوانتومی را تسریع می کنند.

همچنین بخشی از سیستم، تراشه‌های AMD Versal هستند تا قابلیت‌های کنترل، بازخوانی و رمزگشایی با تاخیر کم را برای مدارهای کوانتومی فراهم کنند.

ORNL می‌گوید که این زیرساخت‌های محاسباتی مورد نیاز برای تصحیح خطای کوانتومی را در یک محیط واحد گرد هم می‌آورد و آن را به روی محققان بیش از هر زمان دیگری باز می‌کند. آنها از آن برای توسعه و اعتبارسنجی الگوریتم‌های کوانتومی، گردش کار و برنامه‌های کاربردی در محیطی که برای ابر محاسبات کوانتوم محور ساخته شده است، استفاده خواهند کرد، یک الگوی نوظهور که در آن پردازنده‌های کوانتومی (QPU)، CPU و GPU با هم به عنوان یک سیستم کار می‌کنند.

آی‌بی‌ام می‌گوید که یکی از رویکردهای امیدوارکننده برای اکتشاف پلتفرم طراحی مشترک، تصحیح خطای سلسله مراتبی است. این کار را به عنوان استفاده از یک کد داخلی برای محافظت از کیوبیت‌ها در یک ماژول توصیف می‌کند، در حالی که یک کد بیرونی اطراف کیوبیت‌های منطقی کد داخلی می‌پیچد و لایه دوم حفاظت را اضافه می‌کند.

تحقیقات IBM نشان می دهد که این رویکرد می تواند به یک تریلیون عملیات منطقی با نرخ خطای فیزیکی یک در هزار برسد. این شرکت می‌گوید که این کدهای سلسله مراتبی بر داشتن محاسبات کلاسیک قدرتمند متکی هستند و پلتفرم طراحی مشترک به محققان مکانی را برای آزمایش و توسعه این ایده‌ها با پردازنده‌های گرافیکی در محیطی با تأخیر کم می‌دهد.

پلتفرم طراحی مشترک احتمالا نقشی کلیدی در اهداف ماموریت کوانتومی Genesis DoE ایفا خواهد کرد. اینها عبارتند از Q Competition که اخیرا اعلام شده است، ابتکاری برای ارائه سیستمی با 100 کیوبیت منطقی که قادر به انجام صدها میلیون عملیات مقاوم در برابر خطا است. این به دنبال دستور اجرایی رئیس جمهور ترامپ برای توسعه یک سیستم کوانتومی کامل تا سال 2028 است.