پژوهشگران آمریکایی معیار تازه‌ای به نام QUOPS معرفی کرده‌اند که امکان مقایسه توان محاسباتی کامپیوترهای کوانتومی با معماری‌های کاملاً متفاوت را فراهم می‌کند. نتایج نشان می‌دهد این فناوری هنوز فاصله زیادی تا حل مسائل واقعاً کاربردی دارد، اما همین معیار از هم‌اکنون به شرکت‌ها کمک کرده محدودیت‌های دستگاه‌هایشان را بهتر شناسایی و برطرف کنند.
کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند شیوه شبیه‌سازی بسیاری از مسائل پیچیده را دگرگون کنند. اگر روزی بتوان آن‌ها را در مقیاس کافی و با تصحیح خطای مؤثر به کار گرفت، مسائلی که حتی برای ابررایانه‌های امروزی بسیار دشوارند ممکن است به محاسباتی عادی تبدیل شوند. با این حال، هنوز با چنین مرحله‌ای فاصله زیادی داریم.مطالب بیشتر
معیار جدید QUOPS که نام کامل آن Quantum Universal Operations Performance System است، مجموعه‌ای از آزمون‌هاست که می‌تواند روی انواع مختلف کامپیوترهای کوانتومی اجرا شود. این ویژگی اهمیت زیادی دارد، زیرا برخلاف رایانه‌های کلاسیک، کامپیوترهای کوانتومی با فناوری‌ها و معماری‌های بسیار متفاوتی ساخته می‌شوند و مقایسه مستقیم آن‌ها تاکنون دشوار بوده است.
در رایانه‌های معمولی می‌توان عواملی مانند سرعت پردازنده، تعداد هسته‌ها یا میزان حافظه را مقایسه کرد؛ اما در سیستم‌های کوانتومی چنین مقایسه‌ای بسیار پیچیده‌تر است. تیموتی پروکتور از آزمایشگاه‌های ملی سندیا می‌گوید این معیار طوری طراحی شده که بتواند توان محاسباتی فناوری‌ها و معماری‌های مختلف را در یک چارچوب مشترک ارزیابی کند.
این معیار دو عدد اصلی ارائه می‌دهد. عدد QUOPS اندازه بزرگ‌ترین محاسبه کوانتومی را نشان می‌دهد که دستگاه می‌تواند با موفقیت اجرا کند و مقدار QUOPS/s سرعت انجام این عملیات را بیان می‌کند.
در آزمایش‌های انجام‌شده، پردازنده Willow گوگل به ۲۱۶ QUOPS با سرعت ۲٫۰×۱۰⁷ QUOPS/s رسید. سامانه Boston شرکت IBM امتیاز ۲۰۴ QUOPS با سرعت ۳٫۱×۱۰⁵ QUOPS/s کسب کرد. سیستم H2-1 شرکت Quantinuum نیز به ۱۳۲۰ QUOPS با سرعت ۳۵۳ QUOPS/s و Helios-1 به ۱۵۰۴ QUOPS با سرعت ۳۰۳ QUOPS/s رسید.
این اختلاف چشمگیر نشان می‌دهد دستگاه‌های مختلف مصالحه‌های بسیار متفاوتی میان اندازه محاسبه و سرعت دارند. برای نمونه، سیستم‌های ابررسانای گوگل و IBM عملیات را بسیار سریع‌تر انجام می‌دهند، در حالی که سامانه‌های یون‌به‌دام‌افتاده Quantinuum قادرند محاسبات بزرگ‌تری را با سرعت پایین‌تر اجرا کنند.
پژوهشگران برای مشخص کردن فاصله فناوری فعلی با کاربردهای واقعی، نیاز تقریبی دو مسئله مهم را نیز برآورد کردند. شکستن عدد RSA-2048 به حدود ۲٫۵×۱۰⁸ QUOPS و بررسی سازوکار واکنش FeMo-co، یکی از اجزای کلیدی آنزیم نیتروژناز، به حدود ۳٫۴×۱۰⁸ QUOPS نیاز دارد.
بر این اساس، کامپیوترهای کوانتومی امروزی برای رسیدن به چنین سطحی باید حدود پنج مرتبه بزرگی پیشرفت کنند. این فاصله نشان می‌دهد توسعه سامانه‌های بزرگ‌تر، تحمل‌پذیر در برابر خطا و مجهز به تصحیح خطای کوانتومی همچنان یکی از چالش‌های اصلی این حوزه است.
این معیار حتی پیش از انتشار رسمی نیز به شناسایی محدودیت‌های Helios-1 کمک کرده است. پژوهشگران Quantinuum پس از مشاهده نتایج اولیه، بخش‌هایی از پیاده‌سازی سیستم را تغییر دادند و توانستند عملکرد آن را تا حدی بهبود دهند.
با این حال، پژوهشگران تأکید می‌کنند QUOPS قرار نیست آخرین معیار سنجش کامپیوترهای کوانتومی باشد. این حوزه با سرعت زیادی تغییر می‌کند و معیاری که امروز مناسب است ممکن است در آینده اهمیت خود را از دست بدهد. به همین دلیل، ساختار این سامانه به شکلی طراحی شده که اجزای مختلف آن در صورت نیاز قابل تغییر و جایگزینی باشند.
💡اتاق گفتگوی علم و آگاهی
منبع: ArXiv
#کامپیوترکوانتومی
#محاسبات‌کوانتومی
#تکنولوژی
#فیزیک