خب بچه‌ها، بیاید درباره یکی از باحال‌ترین و جدی‌ترین خبرای دنیای تکنولوژی صحبت کنیم؛ کمپانی Quantinuum کامپیوتر کوانتومی جدیدشون به اسم «هلیوس» رو معرفی کردن و این دستگاه واقعاً همه رو شگفت‌زده کرده! اونا میگن این دستگاه می‌تونه مشکلی رو حل کنه که حتی اگه یه ابرکامپیوتر عادی بخواد انجامش بده، برق بیشتری از یه کوزار (quasar یعنی یکی از درخشان‌ترین و پرقدرت‌ترین اجرام کیهانی) لازم داره! خفن نیست؟
حالا تو دلِ هلیوس چی میگذره؟ یه قطعه اصلی داره به اسم Quantum Processing Unit یا QPU که همون مغز کامپیوتر کوانتومی حساب میشه. این QPU تو هلیوس از ۹۸ تا کیوبیت (qubit یعنی واحد اطلاعاتی کوانتومی، یه جورایی مثل بیت تو کامپیوترای معمولی اما خیلی قوی‌تر و عجیب‌تر!) ساخته شده که این بار از یون‌های باریم (barium ions) به عنوان کیوبیت استفاده شده. این یون‌ها رو به یه شکل خاص به اسم “junction ion trap” یا به زبان ساده‌تر یه تله‌ای که شبیه حلقه با یه تقاطع هست چیدن. یعنی اول یه حلقه درست کردن و بعدش دو تا میله موازی ازش گرفتن بیرون.
خب، این چیدمان عجیب چه فایده‌ای داره؟ باعث میشه که دستگاه بتونه کلی خطا رو تو محاسباتش شناسایی و اصلاح کنه (error detection and correction)، که این یعنی از بقیه QPUها بهتر کار می‌کنه و دقیق‌تره. این یعنی هلیوس وقتی سراغ محاسبات سنگین می‌ره، کمتر دچار اشتباه میشه.
یه نکته خیلی جالب اینه که تو این سیستم، دانشمندها تونستن ۹۸ تا کیوبیت فیزیکی رو به ۴۸ تا کیوبیت منطقی (logical qubit یعنی مجموعه‌ای از کیوبیت‌ها که با هم کار می‌کنن تا خطا رو به حداقل برسونن) ترکیب کنن – ۴۸ جفت اصلی و دو تا اضافی! درصد موفقیتشون اینقد بالا بوده که بهش میگن «better than break-even» یعنی کارکرد دستگاه، با کدهای اصلاح خطا، حتی از وقتی که هیچ تلاشی برا تصحیح خطا نمی‌کردن هم بهتره.
تا قبل از این، همه فکر میکردن نسبت لازمش برای این ترکیب باید ده به یک باشه (یعنی باید تقریباً ۱۰ تا کیوبیت واقعی رو وصل کنن به هم تا یه کیوبیت منطقی درست شه)، ولی تو هلیوس اینو آوردن پایین به دو به یک! خیلی عدد وحشتناکیه تو دنیا کوانتوم که اینقدر صرفه‌جویی کنی.
توی تست‌هاشون، هلیوس تونسته تو عملیات مختلف رکورد بزنه؛ مثلاً دقت یا درستی‌اش (fidelity یعنی احتمال درست‌کار کردن دستگاه) تو جفت‌های کیوبیت ۹۹/۹۲۱٪ بوده، و برای دروازه‌های کوانتومی تک‌کیوبیتی (یعنی یه کیوبیت تنها یه محاسبه انجام بده)، این عدد رسیده به ۹۹/۹۹۷۵٪! اینا رو با تست‌های بنچمارک (benchmark test یعنی آزمایش‌هایی که عملکرد رو می‌سنجن) خیلی معروف مثل random circuit sampling محک زدن – همون تستی که گوگل باهاش حسابی سر و صدا کرد.
یه نکته‌ی جالب دیگه اینه که شاید بعضی کامپیوترهای کوانتومی کیوبیت بیشتری داشته باشن، اما کیفیت کیوبیت‌ها مهم‌تره. یعنی این که چقدر احتمال خرابی تو کارشون هست خیلی تعیین‌کننده‌تره تا فقط تعدادشون. مثلاً اگه هیچ کاری برا تصحیح خطا نکرده باشی، تو کامپیوترای عادی از هر یک تریلیون بیت فقط یکی خراب میشه، اما تو دنیا کوانتومی بدون تصحیح خطا تقریباً از هر هزار تا کیوبیت یکی خطا میده!
برای اینکه یه سیستم کوانتومی بزرگ و بی‌اشتباه بسازن، دانشمندها تمرکزشون رو گذاشتن رو همین quantum error correction یا QEC (یعنی مجموعه روش‌هایی برای کم‌کردن نرخ خطای کیوبیت‌ها). اینجا هم هلیوس حسابی درخشیده.
یه بخش خفن دیگه این ماشین، زبان برنامه‌نویسی جدیده که ساختن به اسم Guppy، که پایه‌اش پایتونه ولی مخصوص سیستم‌هایی طراحی شده که قراره تو آینده دیگه اصلاً خطا نداشته باشن (یعنی fault-tolerant). تازه کلی سیستم کنترلی (control stack) جدید هم پیاده کردن که مغز کلاسیک دستگاه محسوب میشه؛ یعنی مثل یه کامپیوتر معمولیه که حین اجرا خطاها رو سریع درجا تشخیص میده و تصحیح می‌کنه. این موتور دیگه باید آنقدر سریع باشه که نذاره کیوبیت‌ها “دکوهِر بشن” (decoherence یعنی اون وضعیت کوانتومی حساس رو از دست بدن و محاسبه خراب شه). تازه Nvidia GPUها هم اومدن تو کار تا اطلاعات اشتباه رو دکد کنن و فورا اصلاحیه بفرستن.
حالا این قدرت تازه رو فقط تو آزمایش دمو نشده؛ دانشمندها اومدن با هلیوس شبیه‌سازی یه فلز ابررسانا (یعنی فلزی که می‌تونه بدون مقاومت برق رو رد کنه، اونم در دمای خیلی بالا!) رو انجام دادن و یه چیزی کشف کردن که با هیچ آزمایش واقعی ای در لابراتوار آزمایشگاهی کلاسیک قابل مشاهده نبود. اونا فهمیدن وقتی که فلز حالت ابررسانا داره، الکترون‌ها به شکل کوانتومی جفت میشن و هویت مشترک پیدا می‌کنن (این حالت نشانه ابررساناست و وقتی معمولیه اون رفتار نیست).
تا حالا فقط با شبیه‌سازهای آنالوگ (quantum analog simulator یعنی سیستم‌های ساده کوانتومی که سعی می‌کنن رفتار سیستم‌های پیچیده‌تر رو تقلید کنن) نزدیک شده بودن به این نوع حالت‌ها، اما هلیوس اولین دستگاهیه که می‌تونه رفتار کوانتومی ذرات مجزا رو هم در این حالت بسنجه، نه فقط رفتار کلی.
در کل، هلیوس فقط یه سیستم جدید نیست؛ یه معماری کاملاً تازه داره که باعث میشه بتونن بعداً این سیستم‌ها رو مقیاس‌پذیرتر کنن و تعداد زیادی از این تله‌های یونی رو باهم به یه ابرماشین وصل کنن. حتی مسئول پروژه گفته میشه میشه تصور کرد مثل یه چهارراه، این تله‌ها جوری طراحی شدن که کیوبیت‌ها رو کارآمد جابجا کنن تا به هم وصل بشن و جفت بسازن – یعنی راه باز شده برای ساخت نسل بعدی کامپیوترهای کوانتومی که واقعاً میتونن ابرکامپیوترهای کلاسیک امروزی رو پشت سر بذارن.
خلاصه: اگه دنبال آینده رایانه و انقلاب تو علم هستین، داستان هلیوس یکی از جذاب‌ترینِ این روزهاست!
منبع: +
