داخل المغرفة الداخلية لتكنولوجيا الكم: الحوسبة الكمية والسحابة

أوضح د. جوكول سوبرامانيان رافي، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة شيكاغو. لقد درس رافي الحوسبة الكمومية القائمة على السحابة ونشرها أيضًا ورقة في الخدمة. "إن تحقيق ميزة كمية عملية في المستقبل القريب سيتطلب تنسيقًا متناغمًا يبدأ من أولئك الذين يعملون في مجموعة التطبيقات إلى أولئك الذين يبنون العادات الفعلية. يعتبر الكم في السحابة من بين أهم الخطوات لتحقيق هذا التناغم ". نظرًا لأن السحابة توفر طريقة للمستخدمين للاختبار والتشغيل و برنامج تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية عن بُعد خيارًا جذابًا للعديد من شركات الحوسبة الكمومية للتحقيق فيها. وأوضح "في المستقبل المنظور ، لن تكون الحوسبة الكمومية موردًا للحوسبة لا يمكن تسليمها محليًا" توشار ميتال، مدير أول منتج Quantum ، في آي بي إم الغيمة. "لديها تعقيدات إدارية غير موجودة لنشر الحوسبة الكلاسيكية ، مثل المعايرة النشطة في البيئات المبردة. حتى عمليات النشر التي تتم على حساب سابق ليست مربعات قائمة بذاتها - لا تزال تتم إدارتها محليًا لحساب الخدمات. بالنظر إلى ذلك ، تتيح لنا السحابة توفير نماذج وصول أكثر مرونة ومرونة يمكنها توفير وصول الحوسبة للمستخدمين بشكل قابل للتطوير ". ومع ذلك ، نظرًا للطلب المتزايد على الخدمات السحابية ، هناك أوقات انتظار أطول وتأخر في إكمال الوظائف. هذا يعني أن الحوسبة الكمومية والسحابة قد تحتاج إلى بعض التحسينات قبل أن يتم تبنيها على نطاق أوسع.

تقدم السحابة ، وهي نظام من خوادم الشبكات البعيدة التي تعمل على الإنترنت ، العديد من الخدمات للمستخدمين. من التخزين إلى المشاريع التعاونية ، يتم استخدام السحابة من قبل العديد من الشركات على مستوى العالم لمرونتها وتعدد استخداماتها. يمكن أن تكون الواجهة نفسها معقدة للغاية. "الأهمية الرئيسية هي أن يفهم المستخدم أن التفاعل مع جهاز كمبيوتر كمي يتطلب لغة برمجة أخرى مقارنة بأجهزة الكمبيوتر السحابية الكلاسيكية ،" أوضح QuTech رئيس قسم الحوسبة الكمومية ، ريتشارد فيرسلوس. "هذه اللغة ، في معظم الحالات ، يتم كتابة لغة التجميع الكمي (أو QASM) مباشرة من قبل المستخدم ، ويتم تجميعها من لغة ذات مستوى أعلى أو محرر ويب خاص ، ومناسب لأجهزة الكمبيوتر الكمومية ، وتستخدم للتحرير." لم تبدأ الحوسبة الكمومية في الاستفادة من السحابة إلا مؤخرًا ، مثل منصات الشركة مثل Microsoft أزور الكمزاباتا الأوركستراو براكيت AWS توفر المزيد من إمكانية الوصول إلى الحوسبة الكمومية. قال رافي: "آلات الكم هي موارد نادرة وباهظة الثمن". "في المستقبل القريب والمتوسط ​​، من المتوقع أن يتمكن معظم مستخدمي الآلات الكمومية ، من الأوساط الأكاديمية والصناعية ، من الوصول إلى الآلات الكمومية من خلال العروض السحابية. لا يتزايد عدد الأجهزة الموجودة على السحابة باستمرار فحسب ، بل يتم أيضًا تحديثها باستمرار من حيث دعم البرامج وإمكانيات الأجهزة حتى يتمكن المستخدمون من إجراء تجارب متطورة على أفضل الأنظمة التي يقدمها العديد من البائعين ، وهو لا بد منه للتقدم السريع للحدود الكمية ". قد تكون قدرة السحابة على تسهيل الوصول إلى الحوسبة الكمومية مؤثرة في المساعدة على تدريب القوى العاملة الكمومية في المستقبل ، حيث يمكن لعدد أكبر من الأفراد الوصول إلى هذا: التكنولوجيا. دورات مثل Qiskit آي بي إم تقدم فرصًا للأفراد للتفاعل مع الحوسبة الكمية والسحابة بنتائج حقيقية. أضاف فيرسلو أن: "هذا يتيح الوصول للطلاب ، ولكن أيضًا للباحثين (في الشركة). كما يوفر آلية لتوصيل أجهزة الكمبيوتر الكمومية بأجهزة كمبيوتر أخرى في العالم ، مثل أجهزة الكمبيوتر العملاقة ".

توفر الحوسبة الكمومية القائمة على السحابة مزيدًا من المرونة مع النماذج الهجينة وتسمح للمستخدمين بتجربة أنواع مختلفة من أجهزة الحوسبة الكمومية. وفقًا لـ Mittal: "خارج نماذج الوصول المرنة ، تفتح السحابة أيضًا طريقة لتقديم الخدمات التي تسمح للمستخدمين باستخدام خدمات الحوسبة الكمية جنبًا إلى جنب مع الحوسبة الكلاسيكية المرنة لإعادة هندسة سير العمل من أجل أداء أفضل. تقوم شركة IBM حاليًا بتطوير أدوات للسماح للمستخدمين بتجربة تنسيق هذه الموارد والطرق التي تتطلب مثل هذه البنى. "

لأولئك الذين يتطلعون إلى الاستفادة من التكنولوجيا لأعمالهم الخاصة ، يمكن أن تكون السحابة أيضًا وسيلة لجعل الحوسبة الكمومية ميسورة التكلفة. كما أوضح رافي: "لا تزال إمكانية الوصول الأفضل توفر سهولة الوصول إلى تلك المؤسسات التي تستطيع تحمل تكاليفها. في حين أن معظم البائعين يسمحون بقدر من الوصول العام المجاني بالإضافة إلى ائتمانات للبحث المحدود ، إلا أن هذا غالبًا ما يكون غير كافٍ للبحث والتطوير الكامل لأولئك الذين ليس لديهم وصول مميز إلى الجهاز. لكي تنجح منطقة ناشئة مثل الحوسبة الكمومية ، سنحتاج إلى بحث وتطوير مكثف في جميع أنحاء العالم ، ويحتاج البائعون إلى وضع ذلك في الاعتبار ، خاصة مع استمرار زيادة الطلب كل يوم ". مع المزيد من الشركات مثل D-الموجة الأنظمة التي تقدم الحوسبة الكمية والسحابة ، يرتفع عدد أجهزة الكمبيوتر الكمومية القائمة على السحابة ، مما يتيح المزيد من الخيارات للأطراف المهتمة للاختيار من بينها ، ويجعل الخيارات أكثر فعالية من حيث التكلفة.

ومع ذلك ، فإن الطلب المتزايد على الحوسبة الكمومية القائمة على السحابة يمكن أن يكون سببًا في انهيارها أيضًا. تخلق أوقات الانتظار الطويلة لتشغيل الوظائف عنق الزجاجة لمنصات معينة. "حتى بالنسبة للمستخدمين الذين يتمتعون بمستوى معين من الوصول المميز ، يمكن أن تكون أوقات الانتظار للوصول إلى الجهاز في كثير من الأحيان عدة ساعات وأحيانًا حتى أيام!" صاح رافي. "هذا ينطبق بشكل خاص على العروض الأكثر حداثة ، مثل آلات الأيونات المحاصرة ، والتي تتميز بجودة عالية ولكنها محدودة العدد." لا تتسبب أوقات الانتظار الطويلة في حدوث اختناقات فحسب ، بل يمكن أن تكون ضارة بشكل خاص بالخوارزميات الأكثر تعقيدًا ، مثل متغير الخوارزميات الكمومية ، والتي ، كما أضاف رافي: "تعتبر واعدة لعرض الميزة الكمية على المدى القريب. قد يستغرق تشغيل مئات أو آلاف من هذه الوظائف المتسلسلة أسابيع ". يعد هذا التأخير الزمني أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة للكثيرين في كل من الصناعة والبحث ، حيث قد لا تكون وظائفهم ذات صلة حتى وقت معالجتها في السحابة ، مما يخلق المزيد من الصعوبات.

هناك العديد من الطرق التي يمكن أن تحسن هذه التأخيرات الكبيرة. الأول هو إضافة المزيد من أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى النظام الأساسي السحابي. مثل فتح سجل آخر في خط تسجيل المغادرة ، قد يؤدي ذلك إلى تشتيت المزيد من الوظائف وإنشاء أوقات انتظار أقصر. يعتقد ميتال أن المستخدمين بحاجة إلى تغيير توقعاتهم من البرنامج. كما أوضح ميتال: "إدارة التوقعات بأن الوصول إلى النماذج والخدمات التي يستخدمها المستخدمون لاستهلاك الحوسبة الكمية سوف تتطور بشكل طبيعي مع نضوج التكنولوجيا والقدرات. لكن رافي يعتقد أن الحل يجب أن يأتي من المنصة نفسها. قال رافي: "بدأت الشركات في تقديم دعم مختلط كمي كلاسيكي متكامل بشكل جيد في السحابة بحيث يمكن تنفيذ عمليات التنفيذ المتعددة هذه كوظيفة مستخدم واحد". "مثال على ذلك شركة آي بي إم وقت تشغيل Qiskit، والتي تعمل باستمرار على زيادة مرونتها ودعمها لدعم مجموعة متنوعة من التجارب المطابقة للتطبيقات التكرارية ، ولكن لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه ".

كينا هيوز-كاسلبيري هي كاتبة في Inside Quantum Technology و Science Communicator في JILA (شراكة بين جامعة كولورادو بولدر و NIST). تشمل إيقاعات كتابتها التكنولوجيا العميقة ، والميتافيرس ، والتكنولوجيا الكمومية.