در نهایت ممکن است راهی برای ارزیابی مفید بودن یک کامپیوتر کوانتومی داشته باشیم

کامپیوتر کوانتومی Willow گوگل – اما آیا خوب است؟

یک کامپیوتر کوانتومی خاص چقدر مفید است؟ شاید بالاخره بتوانیم به این سوال پاسخ دهیم.

کامپیوترهای کوانتومی در سال‌های اخیر پیشرفت‌های چشمگیری داشته‌اند و قابل اعتمادتر و قدرتمندتر شده‌اند. با این حال، وقتی صحبت از محاسباتی می شود که می تواند تأثیر زیادی بر جهان داشته باشد، مانند درک مولکول FeMoco، که نقشی کلیدی در تثبیت نیتروژن ایفا می کند، یا شکستن رایج ترین روش های رمزنگاری امروزی، کامپیوترهای کوانتومی هنوز عملکرد ضعیفی دارند.

اما ارزیابی فاصله آنها از توانایی کافی همیشه مشکل بوده است. اکنون تیموتی پروکتور در آزمایشگاه ملی ساندیا در کالیفرنیا و همکارانش می گویند که امتیاز QUOPS آنها قطعه گم شده پازل است.

ایده نسبتا ساده است. ابتدا، یک کامپیوتر کوانتومی مجموعه خاصی از برنامه ها یا مدارهای کوانتومی را اجرا می کند که به محققان اجازه می دهد امتیاز QUOPS آن را محاسبه کنند. QUOPS مخفف سیستم عملکرد عملیات جهانی کوانتومی است و نشان می دهد که کامپیوتر کوانتومی چند بلوک ساختمان فیزیکی یا کیوبیت دارد و چه تعداد عملیات محاسباتی می تواند اجرا کند. سپس می توان این عدد را با امتیاز QUOPS برای الگوریتمی مقایسه کرد که ممکن است محققان بخواهند روی این کامپیوتر کوانتومی اجرا کنند.

اگر امتیاز الگوریتم بزرگتر از امتیاز کامپیوتر باشد، محاسبات کار نخواهد کرد. اما اگر امتیاز کامپیوتر کوانتومی قابل مقایسه یا بزرگتر باشد، ماشین باید برای حل مشکلی که الگوریتم برای آن طراحی شده است مفید باشد. عدد دیگری، نرخ QUOPS، مدت زمان انجام این محاسبه را نشان می‌دهد.

این تیم امتیازات QUOPS را برای برخی از بهترین کامپیوترهای کوانتومی امروزی که توسط Google، IBM و Quantinuum ساخته شده اند، محاسبه کردند. هیچ یک از امتیازات QUOPS آنها از 2000 فراتر نرفت - هم محاسبات FeMoco و هم محاسبات رمزنگاری به 100000 برابر امتیاز بیشتری نیاز دارند.

علاوه بر این، این تیم کامپیوتر کوانتومی Helios-1 Quantinuum را زمانی که پیکربندی شده بود به عنوان یک ماشین تحمل‌کننده خطا کار کند، آزمایش کردند - یک کامپیوتر کوانتومی که خطاهای خود را می‌گیرد و تصحیح می‌کند. امتیاز QUOPS حدود 40 را کسب کرد.

برای قدرتمندتر شدن از نظر محاسباتی، رایانه‌های کوانتومی باید کیوبیت‌های بیشتری را شامل شوند، اما این باعث می‌شود که آنها به طور فزاینده‌ای مستعد خطا باشند. در نتیجه، محققان فکر می‌کنند که رویکردهای تحمل‌پذیر خطا، تنها آینده قابل دوام برای رایانه‌های کوانتومی هستند، بنابراین درک بهتر آنها بسیار مهم است.

پراکتور می‌گوید که نقطه عطف محاسبات کوانتومی زمانی به دست می‌آید که کیوبیت‌های منطقی، که برای محاسبات کوانتومی تحمل‌پذیر خطا استفاده می‌شوند، به امتیازات QUOPS بالاتری نسبت به کیوبیت‌های معمولی برسند. پس از آن، هدف تطبیق امتیازات آنها با الگوریتم های مفید خواهد بود.

Sam Stanwyck در Nvidia که در پروژه همکاری کرده است، می گوید: این کار جدید یک بررسی واقعیت است. Stanwyck می‌گوید که استفاده از این نرم‌افزار می‌تواند به محققان کمک کند تا ببینند چگونه امتیازات QUOPS با تغییرات کوچک در طراحی‌های رایانه‌های کوانتومی آنها تغییر می‌کند و مسیر رسیدن به نمرات بالاتر و کاربرد بیشتر را تسریع می‌کند.

ولفگانگ مائرر از دانشگاه فنی علوم کاربردی رگنسبورگ آلمان می‌گوید: «این نوع معیارها در حال حاضر بسیار مفید هستند. او می‌گوید که رایانه‌های کوانتومی با کیوبیت‌های بسیار متفاوت از آن‌هایی که در کار جدید آزمایش شده‌اند نیز می‌توانند بر اساس امتیازات QUOPS ارزیابی شوند تا دید بهتری از وضعیت کلی صنعت محاسبات کوانتومی ارائه کنند.

او می گوید، اما امتیاز و نرخ QUOPS بعید است آخرین کلمه در مورد آنچه که یک کامپیوتر کوانتومی را واقعا قدرتمند می کند باشد. با ادامه پیشرفت فناوری، جنبه های جدیدی از ماشین ها ممکن است بسیار مهم ظاهر شوند. مورر می گوید: «توان محاسباتی کوانتومی واقعا چیست، هنوز به طور کامل درک نشده است، و نمی توان آن را در معیار ثبت کرد.