مهندسان در ژاپن رایمی (Reimei)، اولین ابررایانه کوانتومی هیبریدی جهان را فعال کردهاند. این ماشین کوانتومی ۲۰ کیوبیتی در ابررایانه فوگاکو (Fugaku)، که ششمین ابررایانه سریع جهان است، ادغام شده است.
این سیستم هیبریدی برای حل مسائلی طراحی شده که پردازش آنها با ابررایانههای کلاسیک زمان بسیار بیشتری میبرد. این ماشین در مؤسسه علمی ریکن (Riken) در سایتاما، در نزدیکی توکیو، قرار دارد و عمدتاً از تحقیقات در زمینه فیزیک و شیمی پشتیبانی خواهد کرد.
نمایندگان شرکت کوانتینیوم (Quantinuum)، سازنده Reimei، و مؤسسه ریکن اظهار داشتند که ادغام محاسبات کوانتومی با فوگاکو گامی مهم در محاسبات با عملکرد بالا محسوب میشود. رایانههای کوانتومی قادرند محاسباتی را که برای رایانههای کلاسیک میلیونها سال طول میکشد، در عرض چند دقیقه یا حتی چند ثانیه انجام دهند. با این حال، تا زمانی که رایانههای کوانتومی به پایداری و مقیاسپذیری بیشتری برسند، دانشمندان معتقدند که سیستمهای هیبریدی مانند رایمی-فوگاکو میتوانند بهعنوان یک راهحل مؤثر عمل کنند.
کیوبیتهای یونی به دام افتاده برای دقت بیشتر
Reimei با بیشتر رایانههای کوانتومی که از کیوبیتهای ابررسانا استفاده میکنند، تفاوت دارد. این رایانه از کیوبیتهای یونی به دام افتاده بهره میبرد، فناوریای که در پایداری و کنترل برتریهایی دارد.
در این روش، اتمهای باردار (یونها) در یک میدان الکترومغناطیسی ایزوله شده و به یک تله یونی تبدیل میشوند. سپس این یونهای به دام افتاده با استفاده از لیزرهای دقیق تنظیمشده، دستکاری شده و حالتهای کوانتومی آنها برای انجام محاسبات تنظیم میشود. این فناوری به دانشمندان اجازه میدهد تا یونها را طوری کنترل کنند که بهعنوان کیوبیت عمل کرده و اطلاعات کوانتومی را ذخیره و پردازش کنند.
کیوبیتهای یونی به دام افتاده زمان انسجام طولانیتری دارند و ارتباطات بیشتری بین کیوبیتها را تسهیل میکنند. در مقابل، کیوبیتهای ابررسانا سرعت اجرای گیتهای منطقی بالاتری دارند و ساخت آنها روی تراشه آسانتر است.
نمایندگان ریکن توضیح دادند که معماری منحصربهفرد کوانتینیوم یکی از دلایل اصلی انتخاب این سیستم کوانتومی بوده است. Reimei از فرآیندی به نام «جابجایی یون» (Ion Shuttling) استفاده میکند که کیوبیتها را در مدار بهصورت فیزیکی جابهجا میکند. این روش امکان اجرای الگوریتمهای پیچیدهتر و پردازش کوانتومی بهبودیافته را فراهم میآورد.
تصحیح خطای پیشرفته برای محاسبات پایدار
یکی از بزرگترین چالشهای محاسبات کوانتومی، بروز خطا در کیوبیتها است. بیتهای کوانتومی بسیار حساس بوده و در برابر اختلالات دچار «نویز» میشوند که بر دقت محاسبات تأثیر میگذارد.
برای بهبود دقت، رایمی چندین کیوبیت فیزیکی یونی را در یک «کیوبیت منطقی» (Logical Qubit) گروهبندی میکند که همان اطلاعات را در چندین مکان ذخیره میکند. این روش با توزیع نقاط احتمالی خرابی، میزان خطا را کاهش میدهد، به این معنی که خرابی یک کیوبیت، کل محاسبه در حال اجرا را مختل نمیکند.
کوانتینیوم پیشتر موفق به ایجاد یک کیوبیت منطقی شده بود که نرخ خطای آن ۸۰۰ برابر کمتر از کیوبیتهای فیزیکی بود.
رایمی-فوگاکو اولین ابررایانه کوانتومی هیبریدی کاملاً عملیاتی جهان است. شرکتهای دیگری نیز سیستمهای مشابهی را آزمایش کردهاند، از جمله پردازنده ۲۰ کیوبیتی شرکت IQM که در ژوئن ۲۰۲۴ با ابررایانه SuperMUC-NG آلمان ادغام شد.
با این حال، آن سیستم همچنان در مرحله آزمایشی قرار دارد و هنوز تاریخ رسمی برای راهاندازی عمومی آن اعلام نشده است. IQM برنامه دارد تا در سال ۲۰۲۵ یک سیستم ۵۴ کیوبیتی و در سال ۲۰۲۶ یک تراشه ۱۵۰ کیوبیتی را ادغام کند.
با فعال شدن Reimei ، ژاپن در زمینه ادغام ابررایانههای کوانتومی پیشگام شده و مسیر را برای راهکارهای محاسباتی پیشرفتهتر در آینده هموار کرده است.