Inside Quantum Technology Inside Scoop: محاسبات کوانتومی و ابر

دکتر توضیح داد: «ما شاهد افزایش مداوم تعداد دستگاه‌های کوانتومی در ابر هستیم. گوکول سوبرامانیان راوی، محقق فوق دکتری در دانشگاه شیکاگو. Ravi محاسبات کوانتومی مبتنی بر ابر را مطالعه کرده و حتی منتشر کرده است یک کاغذ در خدمت دستیابی به مزیت کوانتومی عملی در آینده نزدیک مستلزم هماهنگی هماهنگ از کسانی است که در پشته برنامه کار می کنند تا کسانی که عادات واقعی را ایجاد می کنند. کوانتوم در ابر یکی از حیاتی ترین مراحل برای دستیابی به این هماهنگی است. همانطور که ابر راهی برای آزمایش، اجرا و برنامه رایانه‌های کوانتومی از راه دور، برای بسیاری از شرکت‌های محاسباتی کوانتومی یک گزینه جذاب برای بررسی است. توضیح داد: «در آینده قابل پیش‌بینی، محاسبات کوانتومی یک منبع محاسباتی نخواهد بود که نتوان آن را در محل تحویل داد.» توشار میتال، مدیر ارشد محصولات کوانتومی، در IBM Cloud. پیچیدگی‌های مدیریتی دارد که برای استقرار محاسبات کلاسیک وجود ندارد، مانند کالیبراسیون فعال در محیط‌های برودتی. حتی استقرارهای on-prem مانند جعبه‌های مستقلی نیستند - آنها هنوز برای محاسبه خدمات بومی‌سازی می‌شوند. با توجه به این موضوع، ابر به ما اجازه می‌دهد تا مدل‌های دسترسی بصری‌تر و انعطاف‌پذیرتری ارائه کنیم که می‌توانند دسترسی محاسباتی را به صورت مقیاس‌پذیر به کاربران ارائه دهند.» با این حال، به دلیل افزایش تقاضا برای خدمات ابری، زمان انتظار طولانی تر و تاخیر در تکمیل مشاغل وجود دارد. این بدان معناست که محاسبات کوانتومی و ابر ممکن است قبل از استفاده گسترده‌تر، پیشرفت‌هایی داشته باشند.

ابر، سیستمی از سرورهای شبکه از راه دور که بر روی اینترنت اجرا می شود، خدمات زیادی را برای کاربران ارائه می دهد. از فضای ذخیره‌سازی گرفته تا پروژه‌های مشترک، ابر توسط بسیاری از شرکت‌ها در سطح جهانی برای انعطاف‌پذیری و تطبیق‌پذیری آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. خود رابط در واقع می تواند بسیار پیچیده باشد. "اهمیت اصلی این است که کاربر درک کند که رابط با یک کامپیوتر کوانتومی در مقایسه با کامپیوترهای ابری کلاسیک به زبان برنامه نویسی دیگری نیاز دارد." QuTech سرپرست مهندسی بخش محاسبات کوانتومی، ریچارد ورسلوئیس. این زبان، در بیشتر موارد یک زبان اسمبلی کوانتومی (یا QASM) مستقیماً توسط کاربر نوشته می‌شود، از یک زبان سطح بالاتر کامپایل شده یا از یک ویرایشگر وب ویژه، مناسب برای رایانه‌های کوانتومی، برای ویرایش استفاده می‌شود.» اخیراً است که محاسبات کوانتومی شروع به استفاده از فضای ابری کرده است، زیرا پلتفرم های شرکتی مانند مایکروسافت لاجوردی کوانتوم، زاپاتا ارکسترو ترمز AWS امکان دسترسی بیشتر به محاسبات کوانتومی را فراهم می کند. راوی اظهار داشت: «ماشین های کوانتومی منابع کمیاب و گران هستند. در آینده نزدیک و میانی، انتظار این است که اکثر کاربران ماشین‌های کوانتومی، چه از دانشگاه‌ها و چه از صنعت، به ماشین‌های کوانتومی از طریق ارائه‌های ابری دسترسی داشته باشند. نه تنها تعداد ماشین‌های موجود در فضای ابری دائماً در حال افزایش هستند، بلکه از نظر پشتیبانی نرم‌افزاری و قابلیت‌های سخت‌افزاری نیز دائماً به روز می‌شوند تا کاربران بتوانند آزمایش‌های پیشرفته‌ای را بر روی بهترین سیستم‌هایی که فروشندگان مختلف ارائه می‌دهند، انجام دهند. برای پیشرفت سریع مرزهای کوانتومی ضروری است. توانایی ابر در دسترسی بیشتر به محاسبات کوانتومی ممکن است در کمک به آموزش نیروی کار کوانتومی آینده تأثیرگذار باشد، زیرا افراد بیشتری به این فناوری دسترسی دارند. دوره هایی مانند Qiskit IBM فرصت هایی را برای افراد فراهم می کند تا با محاسبات کوانتومی و ابر با نتایج واقعی تعامل داشته باشند. ورسلوئیس افزود: «این امکان دسترسی به دانشجویان و همچنین محققان (شرکت) را فراهم می کند. همچنین مکانیزمی برای اتصال کامپیوترهای کوانتومی به سایر کامپیوترهای جهان مانند ابررایانه ها فراهم می کند.

محاسبات کوانتومی مبتنی بر ابر انعطاف‌پذیری بیشتری را با مدل‌های ترکیبی ارائه می‌کند و به کاربران اجازه می‌دهد انواع مختلف سخت‌افزار محاسبات کوانتومی را امتحان کنند. به گفته میتال: «خارج از مدل‌های دسترسی انعطاف‌پذیر، ابر همچنین راهی را برای ارائه خدماتی باز می‌کند که به کاربران اجازه می‌دهد از خدمات محاسباتی کوانتومی در کنار محاسبات الاستیک و کلاسیک برای مهندسی مجدد گردش‌های کاری برای عملکرد بهتر استفاده کنند. IBM در حال حاضر در حال توسعه ابزارهایی است که به کاربران اجازه می دهد تا با هماهنگی این منابع و روش هایی که نیاز به چنین معماری هایی دارند آزمایش کنند.

برای کسانی که به دنبال استفاده از فناوری برای مشاغل خود هستند، ابر همچنین می تواند راهی برای مقرون به صرفه تر کردن محاسبات کوانتومی باشد. همانطور که راوی توضیح داد: «دسترسی بهتر هنوز فقط سهولت دسترسی به مؤسساتی را فراهم می‌کند که توانایی پرداخت آن را دارند. در حالی که اکثر فروشندگان مقداری دسترسی عمومی رایگان و همچنین اعتبار برای تحقیقات محدود را مجاز می‌کنند، این اغلب برای تحقیق و توسعه کامل برای کسانی که دسترسی به دستگاه ممتاز ندارند کافی نیست. برای موفقیت یک حوزه نوظهور مانند محاسبات کوانتومی، ما به تحقیق و توسعه گسترده در سراسر جهان نیاز داریم و فروشندگان باید این را در نظر داشته باشند، به خصوص که تقاضا هر روز در حال افزایش است. با شرکت های بیشتری مانند موج D سیستم‌هایی که محاسبات کوانتومی و فضای ابری را ارائه می‌دهند، تعداد رایانه‌های کوانتومی مبتنی بر ابر افزایش می‌یابد، و گزینه‌های بیشتری را در اختیار علاقه‌مندان می‌گذارد تا از بین آن‌ها انتخاب کنند و گزینه‌ها مقرون‌به‌صرفه‌تر می‌شوند.

با این حال، افزایش تقاضا برای محاسبات کوانتومی مبتنی بر ابر نیز می تواند سقوط آن باشد. زمان انتظار طولانی برای اجرای مشاغل باعث ایجاد گلوگاه برای پلتفرم های خاص می شود. حتی برای کاربرانی که سطحی از دسترسی ممتاز دارند، زمان انتظار برای دسترسی دستگاه اغلب می تواند چندین ساعت و گاهی حتی چند روز باشد! راوی فریاد زد. این امر به ویژه برای محصولات جدیدتر، مانند ماشین‌های یون به دام افتاده، که کیفیت بالایی دارند اما تعدادشان محدودتر است، صادق است. زمان انتظار طولانی نه تنها باعث ایجاد گلوگاه می شود، بلکه می تواند به ویژه برای الگوریتم های پیچیده تر، مانند متغیر الگوریتم‌های کوانتومی، که همانطور که راوی اضافه کرد: «برای نمایش مزیت کوانتومی کوتاه‌مدت امیدوارکننده‌ای در نظر گرفته می‌شوند. اجرای صدها یا هزاران کار متوالی از این دست می تواند هفته ها طول بکشد. این تأخیر زمانی برای بسیاری در صنعت و تحقیقات بسیار مهم است، زیرا مشاغل آنها ممکن است حتی در زمان پردازش در فضای ابری مرتبط نباشد و مشکلات بیشتری ایجاد کند.

روش های زیادی وجود دارد که می تواند این تاخیرهای قابل توجه را بهبود بخشد. یکی اضافه کردن کامپیوترهای کوانتومی بیشتر به پلتفرم ابری است. مانند باز کردن یک ثبت نام دیگر در یک خط خروج، این می تواند مشاغل بیشتری را پراکنده کند و زمان انتظار کوتاه تری ایجاد کند. میتال معتقد است که کاربران باید انتظارات خود را از نرم افزار تغییر دهند. همانطور که میتال توضیح داد: «مدیریت انتظارات مربوط به دسترسی به مدل‌ها و خدماتی که کاربران برای مصرف محاسبات کوانتومی استفاده می‌کنند، طبیعتاً با بلوغ فناوری و قابلیت‌ها تکامل خواهد یافت. اما راوی معتقد است که یک راه حل باید از خود پلتفرم بیاید. راوی گفت: «شرکت‌ها شروع به ارائه پشتیبانی ترکیبی کوانتومی کلاسیک و یکپارچه در فضای ابری کرده‌اند، به طوری که این اجراهای چندگانه را می‌توان به عنوان یک کار تک کاربره اجرا کرد. یک مثال IBM'S است Qiskit Runtime، که به طور مداوم در حال افزایش انعطاف پذیری و پشتیبانی خود برای پشتیبانی از انواع آزمایش های مربوط به برنامه های کاربردی تکراری است، اما هنوز راه زیادی در پیش است."

کنا هیوز-کستلبری نویسنده کارکنان Inside Quantum Technology و ارتباط دهنده علوم در JILA (شرکتی بین دانشگاه کلرادو بولدر و NIST) است. ضربات نویسندگی او شامل فناوری عمیق، متاورس و فناوری کوانتومی است.