اخبار کوانتومی – نمونه اولیه پردازنده کوانتومی ابررسانای چینی که ده به توان پانزده برابر سریعتر از سریعترین ابررایانه کلاسیک عمل می‌کند

عنوان خبر:  نمونه اولیه پردازنده کوانتومی ابررسانای چینی که ده به توان پانزده برابر سریعتر از سریعترین ابررایانه کلاسیک عمل می‌کند.
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی، کیوبیت ابررسانا

تاریخ انتشار خبر: 3 مارچ 2025
لینک خبر: phys.org

چکیده:

دانشگاه علم و فناوری چین (USTC) زچونگ‌ژی-3 ( Zuchongzhi-3)، یک نمونه پیشرفته از کامپیوتر کوانتومی ابررسانا با 105 کیوبیت و 182 کوپلر را توسعه داده که تحولی در زمینه محاسبات کوانتومی ایجاد کرده است.این پردازنده فیدلیتی بالای 99.90% برای گیت های تک‌کیوبیتی، 99.62% برای گیت های دوکیوبیتی و 99.13% برای خوانش را داشته و دارای 72 میکروثانیه زمان همدوسی است. این پردازنده در مقایسه با قدرتمندترین ابررایانه‌های کلاسیک جهان 15 مرتبه سرعت بیشتری در انجام وظایف نمونه‌برداری مدارهای تصادفی دارد و 1×10⁶ نمونه را در چند صد ثانیه انجام میدهد. این دستاورد نتایج گوگل را با 6 مرتبه سرعت بیشتر پشت سر گذاشته و یک معیار جدید برای برتری کوانتومی ایجاد میکند. تحقیقات ادامه‌دار USTC بر روی تصحیح خطای کوانتومی و توسعه پردازنده‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر و پایدار برای کاربردهای دنیای واقعی در آینده است.

شرح کامل خبر:

نمونه اولیه کامپیوتر کوانتومی زچونگ‌ژی-3 (Zuchongzhi-3) که توسط دانشگاه علم و فناوری چین (USTC) توسعه یافته، یک پیشرفت مهم در زمینه کامپیوترهای کوانتومی ابررسانا است. این پردازنده 105 کیوبیتی با 182 کوپلر، یک پیشرفت بزرگ در عملکرد ارائه می‌دهد که کامپیوترهای کوانتومی را به دستیابی به برتری کوانتومی نزدیک‌تر می‌کند؛ توانایی انجام وظایفی که کامپیوترهای کلاسیک با هر میزان قدرتی نمی‌توانند به‌طور عملی شبیه‌سازی کنند.

Zuchongzhi-3 بر اساس یک پلتفرم ابررسانا ساخته شده است، تکنولوژی‌ای که از مدارهای ابررسانا برای ایجاد کیوبیت‌ها استفاده می‌کند. این کیوبیت‌ها به دلیل زمان‌های همدوسی بالا و مقیاس‌پذیری آسان، روش برجسته‌ای در محاسبات کوانتومی هستند. این پردازنده دارای فیدلیتی بالا در عملکرد است که میتوان به گیت‌های تک‌کیوبیتی با فیدلیتی 99.90%، گیت‌های دوکیوبیتی با فیدلیتی 99.62% و فیدلیتی خوانش 99.13% اشاره کرد. زمان همدوسی این پردازنده 72 میکروثانیه است، که این امکان را می‌دهد تا عملیات پیچیده‌تری انجام دهد.

نمونه اولیه Zuchongzhi-3 با یک کار نمونه‌برداری تصادفی مداری (random circuit sampling) که شامل 83 کیوبیت و 32 لایه گیت‌های کوانتومی است، آزمایش شد، کاری که محدودیت‌های محاسبات کوانتومی را افزایش می‌دهد. در این آزمایش، پردازنده تنها در چند صد ثانیه به 1×10⁶ نمونه دست یافت. در مقابل، مشابه این کار برای یک ابر رایانه کلاسیک، مانند ابررایانه Frontier، تقریباً 5.9×10⁹ سال طول می کشد تا تکمیل شود. این نشان دهنده سرعت محاسباتی با 15 مرتبه بزرگی در مقایسه با قوی ترین رایانه های کلاسیک موجود در حال حاضر، مانند Frontier است.

علاوه بر این، Zuchongzhi-3 از پردازنده‌های Sycamore-67 و Sycamore-70 با 6 مرتبه بزرگی بهتر عمل می‌کند و جهشی قابل توجه در مزیت محاسباتی کوانتومی را نشان می‌دهد. این جهش همچنین برتری پردازنده‌های کوانتومی را در کارهایی که به طور خاص برای سیستم‌های کوانتومی طراحی شده‌اند و نمی‌توانند به طور موثر توسط پلتفرم‌های محاسباتی کلاسیک شبیه‌سازی شوند، برجسته می‌کند.

عملکرد پردازنده Zuchongzhi-3 بسیار فراتر از معیار برتری کوانتومی تعیین شده توسط Sycamore گوگل در سال 2019 است. در نمایش خود، پردازنده 53 کیوبیتی Sycamore گوگل یک کار نمونه برداری تصادفی مدار را در 200 ثانیه به پایان رساند، کاری که طبق ادعای گوگل در آن زمان برای یک ابر رایانه کلاسیک تقریباً 10000 سال طول می کشید. با این حال، پیشرفت‌ها در الگوریتم‌های کلاسیک در سال 2023 به محققان USTC این امکان را داد که همان کار را به صورت کلاسیک بر روی 1400 پردازنده گرافیکی A100 تنها در 14 ثانیه انجام دهند.

این موضوع بحث برتری کوانتومی را زیر سوال برد، زیرا این پیشرفت‌ها نشان داد که سیستم‌های کلاسیک واقعاً می‌توانند این کار را در کسری از زمانی که قبلاً توسط گوگل ادعا شده بود شبیه‌سازی کنند.با وجود این، Zuchongzhi-3 اکنون پیشتازی را به دست آورده و به برتری کوانتومی واقعی دست یافته است، زیرا عملکرد آن حتی توسط قدرتمندترین ابررایانه های کلاسیک قابل تکرار نیست.

یکی از نوآوری های فنی کلیدی Zuchongzhi-3، معماری کیوبیت شبکه دو بعدی آن است که اتصال کیوبیت را بهبود می بخشد. این طراحی تعامل کیوبیت کارآمدتر و مقیاس پذیری بهتر را برای پردازنده های کوانتومی بزرگتر آینده تسهیل می کند. این معماری همچنین از اتصال کارآمد کیوبیت‌ها پشتیبانی می‌کند، که برای الگوریتم‌ها و شبیه‌سازی‌های کوانتومی پیچیده بسیار مهم است. علاوه بر این، تیم یک کد سطحی با فاصله 7 (distance-7 surface code) را برای تصحیح خطای کوانتومی، یک جنبه حیاتی برای بهبود قابلیت اطمینان سیستم کوانتومی، اتخاذ کرده است.

تصحیح خطای کوانتومی با هدف شناسایی و رفع خطاهایی که به دلیل نویز محیطی یا عملیات ناقص رخ می‌دهند، که چالش‌های ذاتی در محاسبات کوانتومی هستند، انجام می‌شود. کد سطحی به ویژه امیدوارکننده است زیرا امکان انجام عملیات کیوبیت با مقاومت به خطای بالا را فراهم می کند.

تیم USTC قصد دارد فاصله کد سطحی را به 9 و 11 افزایش دهد تا استحکام سیستم و مقاومت به خطا را بیشتر کند. این پیشرفت‌ها در تصحیح خطا راه را برای سیستم‌های کوانتومی مقیاس‌پذیرتر و پایدارتر که قادر به مقابله با وظایف محاسباتی پیچیده‌تر هستند هموار می‌کند.

توسعه Zuchongzhi-3 فرصت های هیجان انگیزی را برای برنامه های محاسباتی کوانتومی باز می کند. این سیستم با قابلیت‌های بهبود یافته خود، آماده است تا در زمینه‌های مختلفی از جمله شبیه‌سازی کوانتومی، شیمی کوانتومی و درهم‌تنیدگی کوانتومی مشارکت کند. به طور خاص، شبیه‌سازی کوانتومی می‌تواند برای مدل‌سازی سیستم‌های فیزیکی پیچیده که غیرممکن هستند، استفاده شود

منابع:

[1] https://phys.org/news/2025-03-superconducting-quantum-processor-prototype-faster.html?utm_source=twitter.com&utm_medium=social&utm_campaign=v2

[2] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.090601

دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.