برای حل چالش های محاسبات کوانتومی در آینده چه چیزی لازم است؟ مایکروسافت برنامه ای برای آن دارد – و اکنون توسعه دهندگان در سراسر جهان نیز می توانند آن را داشته باشند.
این اپلیکیشن Azure Quantum Resource Estimator نام دارد. این یک ابزار نرم افزاری است که در ابتدا برای استفاده داخلی مایکروسافت توسعه داده شد. این ابزار قبلاً تلاش‌های شرکت را برای توسعه رایانه‌های کوانتومی تمام پشته هدایت می‌کند، و اکنون می‌تواند به توسعه‌دهندگان خارجی نیز کمک کند تا بفهمند که برای اجرای یک الگوریتم کوانتومی معین در مدت زمان معقول به چه مقدار قدرت محاسباتی نیاز دارند.
این یک سوال کلیدی است زیرا دستورالعمل های مورد استفاده برای محاسبات کلاسیک لزوماً در مورد حد کوانتومی اعمال نمی شود. برخلاف رایانه‌های کلاسیک، رایانه‌های کوانتومی از محیطی بهره می‌برند که در آن یک بیت کوانتومی – که بیشتر به عنوان کیوبیت شناخته می‌شود – می‌تواند همزمان یک و یک صفر را نشان دهد.
روش‌های کوانتومی می‌توانند بسیار کارآمدتر از رویکرد محاسباتی باینری استاندارد برای حل انواع خاصی از مسائل باشند: برای مثال، بهینه‌سازی یک شبکه، یا کشف چگونگی طراحی یک مولکول مصنوعی برای انجام یک کار شیمیایی خاص.
کریستا سوور، مهندس برجسته و معاون نرم‌افزار کوانتومی مایکروسافت، به brooztechnology گفت: «ما قادر خواهیم بود برای مثال، چگونگی کمک به حذف گازهای مضر از جو را بررسی کنیم.
Svor می گوید: «ده سال پیش، ما فکر می کردیم که برای راه اندازی یک کامپیوتر کوانتومی یک میلیارد سال طول می کشد. “این واقعاً زمان زیادی برای انتظار است. اما در دهه گذشته، ما توانستیم آن را به یک ماه زمان اجرا بر روی یک کامپیوتر کوانتومی برسانیم… دقیقاً با استفاده از برآوردگر منابع، این ابزار، هزینه الگوریتم را مشخص کنیم. ما توانستیم سخت افزار خود را بر این اساس دوباره طراحی کنیم.”
یک نکته کوچک وجود دارد: نوع کامپیوتر کوانتومی که برآوردگر منبع از آن به عنوان خط پایه استفاده می‌کند، هنوز وجود ندارد. Svore گفت: «آنچه ما دریافتیم این است که این ماشین‌های کوانتومی، برای اجرای مشکلاتی که ما آنها را دارای مزیت کوانتومی عملی می‌دانیم، حداقل به یک میلیون کیوبیت نیاز دارند.
هفته گذشته، IBM از بزرگترین پردازنده کوانتومی خود که تنها 433 کیوبیت را ترکیب می کند، رونمایی کرد. IBM قصد دارد تا سال 2025 سیستم های خود را به بیش از 4000 کیوبیت توسعه دهد و D-Wave Systems قصد دارد یک کامپیوتر کوانتومی 7000 کیوبیتی را در سال 2023-2024 راه اندازی کند. .
Svor اذعان می کند: «دستیابی به یک ماشین کوانتومی که بیش از یک میلیون کیوبیت فیزیکی دارد، در سال اندازه گیری می شود. اما او اشاره کرد که سالها طول می کشد تا درک کاملی از کاربردهای محاسبات کوانتومی بدست آوریم. او گفت: بنابراین ما باید آماده شویم.
اینجاست که تخمین‌گر منابع مفید خواهد بود، به‌ویژه در مواردی که توسعه‌دهندگان رویکردهای کلاسیک و کوانتومی را برای دستیابی به روش‌های حل مسئله ترکیبی ترکیب می‌کنند.
Svore گفت: “این یک ابزار عالی برای درک ترکیبی است.” من کامپیوترهای کلاسیک و کامپیوترهای کوانتومی را با هم دارم. قیمت هر کدام چقدر است؟ محاسبات کوانتومی باید زمانی استفاده شود که در مقایسه با محاسبات کلاسیک امکان افزایش سرعت را فراهم کند. بنابراین شما می خواهید این کلاسیک به علاوه کلاسیک را با کوانتومی به علاوه کلاسیک مقایسه کنید. ابزاری است که این نوع یادگیری را قادر می سازد.
برآوردگر بسته به تعداد کیوبیت ها، نوع طرح تصحیح خطا و سایر پارامترها، تقریباً به شما می گوید که اجرای یک الگوریتم معین در سناریوهای محاسباتی مختلف چقدر طول می کشد.
سوور گفت ارزیاب می‌تواند به توسعه‌دهندگان نرم‌افزار نشان دهد که چگونه بهینه‌سازی در الگوریتم‌های کوانتومی آنها می‌تواند منجر به زمان‌های اجرا سریع‌تر شود. او گفت: “در مایکروسافت، ما همچنین از این ابزار برای توسعه معماری ماشین زیرین استفاده می کنیم تا بفهمیم چه نوع ماشینی حتی این الگوریتم ها را فعال می کند.” Svore گفت: این ابزار از دیدگاه مایکروسافت حمایت می کند که یک ماشین کوانتومی مبتنی بر توپولوژی “مقیاس بندی لازم را ممکن می کند.”
اولین مراحل در فرآیند استفاده از ارزیاب شامل راه اندازی یک حساب کاربری Azure و ایجاد یک فضای کاری Azure Quantum است. سپس می توانید روشی را که در این مقدمه برای تخمین منابع کوانتومی توضیح داده شده است، دنبال کنید.
Michal Steckli، مهندس نرم‌افزار کوانتومی در Zapata Computing، در یک پست وبلاگ مایکروسافت گفت که تخمین‌گر «استفاده آسان» است.
استکلی گفت: «فرایند ادغام ساده بود و نتایج هم یک نمای کلی در سطح بالا برای افرادی که تازه با اشکال زدایی کار می کنند مفید است و هم یک تفکیک دقیق برای متخصصان ارائه می دهد. برآورد منابع باید بخشی از خط لوله برای هر کسی باشد که روی الگوریتم‌های کوانتومی تحمل‌پذیر خطا کار می‌کند.
در سال 1964، ریچارد فاینمن، فیزیکدان برنده جایزه نوبل، به طور معروف اظهار داشت: «فکر می‌کنم با اطمینان می‌توانم بگویم که هیچ‌کس مکانیک کوانتومی را نمی‌فهمد.» این واقعیت که در حال حاضر یک ابزار «آسان برای استفاده» برای محاسبات کوانتومی وجود دارد، می‌تواند به سادگی قابل استفاده باشد. نشان دهنده این است که از آن زمان تا چه حد کارها پیش رفته اند.