تسريع الكم – تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية أفضل في التخمين
حقق العلماء تسريعًا كميًا عن طريق قمع الأخطاء بشكل فعال في لعبة تخمين سلسلة البت، وإدارة سلاسل يصل طولها إلى 26 بتًا.
لقد أظهروا أنه مع التحكم المناسب في الأخطاء، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية تنفيذ خوارزميات كاملة مع قياس زمني أفضل من أجهزة الكمبيوتر التقليدية، حتى في العصر الحالي من الحوسبة الكمومية.
يطبق الباحثون في جامعة جنوب كاليفورنيا استراتيجيات للسيطرة على تراكم الأخطاء، مما يدل على وعد الحوسبة الكمومية في عصر NISQ المعرض للخطأ.
حقق دانيال ليدار ، أستاذ الهندسة في جامعة جنوب كاليفورنيا ومدير مركز USC لعلوم وتكنولوجيا المعلومات الكمية، والمؤلف الأول الدكتور بيبيك بوخاريل ، وهو عالم أبحاث في IBM Quantum ، ميزة تسريع الكم هذه في سياق “سلسلة بت” لعبة التخمين.”
من خلال التخفيف الفعال للأخطاء التي غالبًا ما يتم مواجهتها على هذا المستوى، نجحوا في إدارة سلاسل بت يصل طولها إلى 26 بتًا، وهي أكبر بكثير مما كان ممكنًا في السابق.
(بالنسبة إلى السياق، يشير البت إلى رقم ثنائي يمكن أن يكون إما صفرًا أو واحدًا).
تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية بحل مشاكل معينة بميزة تزداد كلما زادت المشاكل في التعقيد. ومع ذلك، فهي أيضًا معرضة بشدة للأخطاء أو الضوضاء.
يقول ليدار إن التحدي يكمن في “الحصول على ميزة في العالم الحقيقي حيث لا تزال أجهزة الكمبيوتر الكمومية اليوم” مزعجة “.
يُطلق على هذه الحالة المعرضة للضوضاء للحوسبة الكمية الحالية اسم عصر “NISQ” (الكم الصاخب ذو النطاق المتوسط)، وهو مصطلح مقتبس من بنية RISC المستخدمة لوصف أجهزة الحوسبة الكلاسيكية.
وبالتالي، فإن أي عرض حالي لميزة السرعة الكمية يستلزم تقليل الضوضاء.
كلما زادت المتغيرات غير المعروفة في المشكلة، كان حلها أصعب على الكمبيوتر. يمكن للباحثين تقييم أداء الكمبيوتر من خلال ممارسة نوع من الألعاب معه لمعرفة مدى سرعة خوارزمية في تخمين المعلومات المخفية.
على سبيل المثال، تخيل نسخة من اللعبة التلفزيونية Jeopardy ، حيث يتناوب المتسابقون في تخمين كلمة سرية ذات طول معروف، كلمة واحدة كاملة في كل مرة.
يكشف المضيف عن حرف واحد صحيح فقط لكل كلمة تم تخمينها قبل تغيير الكلمة السرية بشكل عشوائي.
في دراستهم، استبدل الباحثون الكلمات بأوتار بت. سيتطلب الكمبيوتر الكلاسيكي، في المتوسط ، ما يقرب من 33 مليون تخمين لتحديد سلسلة 26 بت بشكل صحيح.
في المقابل، يمكن للحاسوب الكمومي الذي يعمل بشكل مثالي، والذي يقدم التخمينات في التراكب الكمي، أن يحدد الإجابة الصحيحة في تخمين واحد فقط.
تأتي هذه الكفاءة من تشغيل خوارزمية كمومية تم تطويرها منذ أكثر من 25 عامًا بواسطة عالما الكمبيوتر إيثان بيرنشتاين وأوميش فازيراني. ومع ذلك، يمكن أن تعيق الضوضاء بشكل كبير هذه الميزة الكمية الأسية.
حقق ليدار وبوخاريل تسريعهما الكمي من خلال تكييف تقنية قمع الضوضاء تسمى الفصل الديناميكي.
لقد أمضوا عامًا في التجريب، حيث عمل بوخاريل كمرشح دكتوراه تحت ليدار في جامعة جنوب كاليفورنيا. في البداية، يبدو أن تطبيق الفصل الديناميكي يؤدي إلى تدهور الأداء.
ومع ذلك، بعد العديد من التحسينات، عملت الخوارزمية الكمومية على النحو المنشود. ثم نما وقت حل المشكلات بشكل أبطأ من أي جهاز كمبيوتر تقليدي، حيث أصبحت الميزة الكمومية واضحة بشكل متزايد حيث أصبحت المشكلات أكثر تعقيدًا.
يلاحظ ليدار أنه “في الوقت الحالي، لا يزال بإمكان أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية حل المشكلة بشكل أسرع من حيث القيمة المطلقة.”
بعبارة أخرى، يتم قياس الميزة المبلغ عنها من حيث المقياس الزمني الذي يستغرقه للعثور على الحل، وليس الوقت المطلق. هذا يعني أنه بالنسبة لأوتار بت طويلة بما فيه الكفاية، فإن الحل الكمي سيكون في النهاية أسرع.
توضح الدراسة بشكل قاطع أنه مع التحكم المناسب في الأخطاء، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية تنفيذ خوارزميات كاملة مع قياس أفضل للوقت الذي تستغرقه للعثور على الحل من أجهزة الكمبيوتر التقليدية، حتى في عصر NISQ.
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
