تراشه کوانتومی Borealis رایانش نیازمند به ۹ هزار سال زمان را در کسری از ثانیه انجام می‌دهد

زانادو (Xanadu)، شرکت مستقر در تورنتو کانادا‌، واحد پردازش کوانتومی جدیدی توسعه داده است که سرعت اجرای محاسبات آن از سیستم‌های محاسباتی کلاسیک بسیار سریع‌تر است. تفاوت عملکرد این پردازنده‌ی کوانتومی با تراشه‌های امروزی بسیار زیاد است. این QPU با نام Borealis شاخته می‌شود و فرایند محاسباتی را که روی نمونه‌‌ برداری از بوزون گاوسی (GBS) می‌چرخد، فقط در ۳۶ میلی‌ثانیه تکمیل کرد.

این فرایندی است که براساس مقاله‌ی منتشرشده در Nature، برای انجامش با استفاده از جدیدترین الگوریتم‌ها و قدرتمندترین اَبَررایانه‌ها به ۹۰۰۰ سال زمان نیاز است. این ویژگی همان مزیت کوانتومی است که تیم سازنده‌ی Borealis به آن افتخار می‌کند. نمونه‌ برداری بوزون گاوسی (GBS) فرایندی است که در ان فوتون‌ها در حالت گاوسی بسیار درهم‌تنیده اندازه‌گیری می‌شوند و رویکردی پیشرو برای ارائه‌ی مزیت‌های رایانش کوانتومی است. به‌گزارش Tomshardware، واحد اصلی محاسبات کوانتومی موسوم به کیوبیت می‌تواند هم‌زمان ۰ و ۱ را نشان دهد.

متأسفانه کاربردی عملی برای حجم کاری GBS وجود ندارد. این یکی از معیارهای ممکن برای آزمایش عملکرد راهکارهای پردازش کوانتومی دربرابر رایانه‌های کلاسیک است. Borealis Xanadu به حوزه‌ی فوتونیک مرتبط است؛ حوزه‌ای که در محاسبات کاربرد دارد. تراشه‌های محاسباتی کوانتومی خاص از کیوبیت‌های حاصل از نقاط کوانتومی سیلیکونی، اَبَررساناهای توپولوژیکی، یون‌های به‌‌دام‌افتاده و سایر فناوری‌ها استفاده می‌کنند و برخی از آن‌ها قبلاً از فوتونیک به‌عنوان مکانیزم‌های مقیاس‌بندی برای ایجاد QPU به‌هم‌پیوسته استفاده می‌کنند.

تراشه‌ی کوانتومی Borealis مبتنی‌بر فوتونیک است و محدودیت‌های سرعت نور را ازمیان برمی‌دارد و ازطریق کیوبیت‌های مبتنی‌بر فوتون عمل می‌کند. محققان انتظار دارند راهکارهای محاسبات کوانتومی مبتنی‌بر فوتونیک درنهایت مؤثرترین روش را برای مقیاس‌سازی عملکرد رایانه‌های کوانتومی ارائه دهند. این امر عمدتاً به‌دلیل مزایای مالتی‌پلکس‌شدن دامنه و زمانی است که به جریان‌های داده‌های متعدد و مستقل اجازه می‌دهد تا هم‌زمان به‌عنوان سیگنال منفرد و پیچیده‌تر حرکت کنند.

محققان موفق شدند حداکثر ۲۱۹ کیوبیت مبتنی‌بر فوتون را روی Borealis فشرده کنند؛ اگرچه ماهیت برنامه‌ریزی‌پذیر دروازه‌ها این عدد ثابت نیست و میانگین تعداد فعال فوتون‌ها ۱۲۹ بود. این رقم همچنان بیشتر از رکورد فعلی IBM است. Eagle QPU از ۱۲۷ کیوبیت بهره می‌برد؛ اما نقشه‌‌راه این شرکت برنامه‌هایی برای معرفی Osprey QPU دارد. Osprey QPU تراشه‌ای است که ۴۳۳ کیوبیت دارد و IBM آن را اواخر سال جاری ارائه خواهد داد.

دلیل دیگری که باعث افزایش عملکرد کوانتومی Borealis شد این است که محققان سیستم خود را با قابلیت برنامه‌ریزی پویا روی تمام دروازه‌های کوانتومی پیاده‌سازی‌شده طراحی کرده‌اند. این مدار پایه اجازه می‌دهد تا عملیات کوانتومی با استفاده از تعداد کیوبیت‌های مختلف انجام شود. جنبه‌ی برنامه‌ریزی‌پذیر دورازه‌های کوانتومی Borealis از معماری FPGA بهره می‌برد که می‌توان آن را براساس نیاز دوباره پیکربندی کرد. همچنین، محققان مطمئن شدند که راهکارهای محاسبه‌شده برای GBS باید ازنظر این‌ نیز بررسی شوند که مزیت کوانتومی ارائه می‌دهند یا خیر.

Xandadu اکنون موظف است به توسعه‌ی راهکارش ادامه دهد و نتایج بسیار امیدوارکننده‌ای به‌نمایش بگذارد. درنهایت، این شرکت باید ‌Borealis را به راهکار تجاری و دردسترس تبدیل کنند. محققان می‌توانند ازطریق خدمات ابری Xanadu و Amazon Braket از این QPU استفاده کنند؛ اما نتایج نه‌تنها برای آینده‌ی فوتونیک، بلکه برای محاسبات کوانتومی مبتنی‌بر فوتونیک نیز نوید‌بخش است. طبق پیش‌بینی‌ها، استفاده از رایانش کوانتومی در سال ۲۰۳۰ گسترش درخورتوجهی خواهد یافت و استفاده از راهکارهایی مثل Borealis تا آن زمان می‌تواند بهترین گزینه باشد.