أعلنت شركتا IBM وCisco عن خطط لبناء شبكة حوسبة كمومية موزعة قادرة على ربط الأنظمة المتسامحة مع الأخطاء عبر مسافات طويلة. وفي إعلان صدر يوم الخميس 20 نوفمبر، قالت الشركتان إنهما تهدفان إلى إثبات مفهوم التشابك بين جهازين بحلول عام 2030، مع الهدف النهائي المتمثل في تمكين أعباء العمل الكمومية القابلة للتطوير والتي تمتد عبر مواقع ومعالجات متعددة. إذا نجح هذا التعاون، فسوف يمثل تحولًا في كيفية نشر موارد الحوسبة الكمومية، والانتقال إلى ما هو أبعد من نطاق النظام الفردي إلى بنية موحدة قادرة على تريليونات العمليات الكمية.
ستجمع المبادرة بين أجهزة الكيوبت فائقة التوصيل من IBM مع البنية التحتية الجديدة للشبكات من Cisco، بما في ذلك محولات الطاقة الضوئية بالموجات الدقيقة، وطبقات التحكم في الشبكة الكمومية، وبروتوكولات التوجيه المادية والبرمجية المصممة لنقل الحالة الكمومية المتشابكة.
البنية التي ترغب IBM وCisco في بنائها
سيتم بناء طموحات الثنائي على نموذج ثلاثي المستويات يقسم وحدات الكيوبت، وواجهات نقل الشبكات، وطبقات التشابك البصري. تعرض خارطة طريق وحدة المعالجة الكمية (QPU) الخاصة بشركة IBM أجهزة منطقية متسامحة مع الأخطاء مع عدة مئات من الكيوبتات المنطقية. ويتطلب كل منها آلاف الكيوبتات المادية بحلول عام 2030.
ويتمثل دور Cisco في ربط هذه البيئات المبردة معًا. سيتم تحقيق التشابك بين المعالجات باستخدام أزواج الفوتون المشتركة أو بروتوكولات نمط النقل الآني، مع نقل الموجات الحاملة القائمة على الفوتون عبر الألياف الضوئية أو روابط الفضاء الحر المحتملة.
ونظرًا لأن البتات الكمومية فائقة التوصيل من شركة IBM تعمل في نطاق الموجات الميكروية، في حين يفضل الإرسال لمسافات طويلة الترددات الضوئية، فإن هناك حاجة إلى محول طاقة عالي الكفاءة لتحويل المعلومات الكمومية من تنسيق إلى آخر. سيتعين تطوير هذا الجهاز – القادر على الحفاظ على التماسك وعلاقات الطور بين المجالات الميكروية والبصرية – وهو أحد العقبات التقنية الرئيسية في خارطة الطريق.
تقول الشركتان إن الإنجاز الأولي سيكون ربط وحدتي QPU مستقلتين تقعان في أنظمة تبريد منفصلة. سيؤدي هذا إلى اختبار تشابك الأجهزة وطبقات مزامنة البرامج. إذا نجحت، فإن نسخة موسعة من البنية ستسمح بشبكات الحوسبة الكمومية المعيارية، حيث يتم توزيع الحساب عبر العديد من العقد الصغيرة المتسامحة مع الأخطاء، ويتم تخصيص التشابك ديناميكيًا بناءً على بنية المشكلة التي يتم حلها.
لماذا الشبكات
لقد تحولت رؤية IBM للحوسبة الكمومية القابلة للتطوير بالفعل من الآلات الأحادية المتجانسة إلى ما تسميه الحوسبة الفائقة المتمحورة حول الكم. وبموجب هذا النموذج، تعمل المعالجات الكمومية كمسرعات مدمجة في بيئات حوسبة أكبر عالية الأداء، ومتصلة بوحدات المعالجة المركزية (CPUs)، ووحدات معالجة الرسومات (GPU)، والتخزين المشترك عبر واجهات كلاسيكية. ومع ذلك، فإن بعض أعباء العمل، وخاصة تلك التي تنطوي على الكيمياء، أو علوم المواد، أو البحث التشفيري، سوف تتطلب دوائر كمومية بها مئات الملايين أو المليارات من البوابات.
إن تشغيل تلك الدوائر ضمن نافذة التماسك لجهاز واحد أمر غير ممكن، حتى في ظل الجداول الزمنية المتفائلة للأجهزة. وبدلاً من ذلك، تفترض خريطة طريق IBM التنسيق بين المعالجات، مما يسمح بتقسيم الخوارزميات الكبيرة إلى دوائر فرعية يمكن تشغيلها على وحدات معالجة نوعية (QPUs) منفصلة. وهذا من شأنه تمكين أعباء العمل التي تتجاوز عدد الكيوبتات أو دقة البوابة لأي جهاز واحد.
تلعب وحدة QNU دورًا مركزيًا هنا، حيث تعمل كواجهة تشابك بين وحدات QNU. في حين تم عرض بعض التجارب المبكرة في مجال النقل من الموجات الدقيقة إلى الضوئية في إعدادات المختبر – بما في ذلك مركز SQMS التابع لـ Fermilab، حيث تم التخطيط لشراكة IBM – إلا أن مستوى الدقة ومعدل الخطأ المطلوب للحوسبة الموزعة المتسامحة مع الأخطاء لا يزال بعيدًا عن الإنتاج بسنوات.
تعمل الشركات أيضًا على بروتوكولات برمجية تدير توجيه التشابك عبر الشبكة. على عكس الشبكات الكلاسيكية، حيث يمكن تكرار البتات وإعادة إرسالها، تعتمد الأنظمة الكمومية على حالات سريعة الزوال تُستخدم لمرة واحدة. وهذا يعني أنه يجب إنشاء الروابط المتشابكة في الوقت المناسب، وإدارتها من خلال فئة جديدة من بروتوكولات التحكم التي لا تنسق تدفق البيانات المنطقي فحسب، بل أيضًا الحركة المادية لحالات الكيوبت. وتقول شركة Cisco إنها ستساهم في إطار بروتوكول برمجي عالي السرعة لدعم هذه العمليات.
إنترنت الحوسبة الكمومية
تتجاوز الرؤية طويلة المدى التواصل بين الأجهزة. تقول IBM وCisco إن خريطة الطريق الخاصة بهم يمكن أن تمتد إلى الإنترنت الكمومي في المستقبل حيث تشكل المعالجات الكمومية والروابط الضوئية المتشابكة شبكة كوكبية من الموارد الموزعة ماديًا (ولكنها متصلة منطقيًا).
لقد تم اقتراح فكرة الإنترنت الكمومي من قبل. نشرت العديد من المجموعات البحثية تصميمات للبنيات القائمة على العقد أو على نمط المكرر، لكن معظمها يركز على تطبيقات محددة مثل توزيع المفتاح الكمي أو المراسلة الآمنة. ومع ذلك، فإن هدف IBM هو جعل الحوسبة الموزعة مسارًا قابلاً للتطبيق لتشغيل الخوارزميات الكمومية التي لا يمكن احتواؤها في الذاكرة على جهاز واحد.
وإذا تم تحقيقه، فقد يسمح بأنواع جديدة من التطبيقات، بدءًا من نمذجة سلسلة التوريد وحتى محاكاة المناخ في الوقت الفعلي باستخدام الاستشعار المعزز الكمي. اقترحت شركة IBM أن مثل هذه الشبكات يمكن أن تدعم “تريليونات من البوابات الكمومية” عبر وحدات معالجة الكمية المتعددة، وهو ما يتجاوز بكثير الحدود العملية حتى لجهاز متجانس يحتوي على ألف كيلوبت منطقي.
طريق طويل أمامنا
إن الجدول الزمني لعام 2030 لإظهار التشابك الأساسي بين وحدتين من وحدات المعالجة الكمية (QPUs) طموح للغاية. ومن المتوقع أن يتم إنشاء شبكة كمومية متعددة العقد قابلة للتطوير بعد بضع سنوات فقط، مع وصول الشبكات بعيدة المدى فقط في النصف الأخير من ذلك العقد. من المرجح أن تكون رؤية الإنترنت الكمومية، حيث تغطي المعالجات والمكررات المتشابكة مناطق بأكملها، أكثر من 15 عامًا.
وسيتعين التغلب على بعض التحديات الهندسية الهامة لجعل هذا الجدول الزمني حقيقة واقعة. لا يوجد محول طاقة موجود يلبي حدود الكفاءة والإخلاص المطلوبة للروابط القابلة للتطوير. وفي الوقت نفسه، لا يزال تصحيح الخطأ الكمي الموزع قيد التطوير، ومعظم بروتوكولات الشبكة المقترحة نظرية أو موجودة فقط في عمليات المحاكاة البحثية. هناك أيضًا التحدي المتمثل في دمج خبرة Cisco في الشبكات الضوئية مع أنظمة IBM المبردة بطريقة تقلل من التداخل الحراري وتزيد من إنتاجية الارتباط.
بعد أكثر من عقد من الزمن من الدفع بتصميم المعالجات، تقوم شركة IBM الآن بتحويل اهتمامها إلى الترابطات البينية. وتراهن شركة سيسكو، من جانبها، على أن الحوسبة الكمومية ستحتاج إلى تفكير أنظمة جديد تمامًا، حيث يتم مزج التوجيه الكلاسيكي مع إدارة التشابك في الوقت الفعلي.
إنها طريقة مختلفة للتفكير في البنية التحتية، ليس فقط كطبقة نقل، ولكن كجزء مصمم بشكل مشترك من خط الأنابيب الحسابي نفسه. إذا استطاعت شركتا IBM وCisco بناء هذا المعالج، فسوف تقومان بإعادة تشكيل ما يعنيه تشغيل برنامج عندما لا يكون المعالج عبارة عن جهاز واحد.
يتبع أجهزة توم على أخبار جوجل، أو أضفنا كمصدر مفضل، للحصول على آخر الأخبار والتحليلات والمراجعات في خلاصاتك.
التعليقات