تدخل الحوسبة الكمومية حقبة جديدة حيث سيتم دفع التقدم من خلال دمج الحوسبة المتسارعة التقليدية مع المعالجات الكمومية. تواجه الأجهزة التي تتحكم في وحدة المعالجة الكمومية (QPU) وتقيسها متطلبات حسابية صعبة، بدءاً من المعايرة في الوقت الفعلي إلى فك تشفير تصحيح الأخطاء الكمومية (QEC). لمعالجة هذه التحديات، تقدم إنفيديا بنية (NVQLink)، التي تجلب قوة الحوسبة المتسارعة إلى قلب النظام الكمومي.
محتويات المقالة:
- تحديات الحوسبة الكمومية
- تقديم NVQLink: جسر بين عالمين
- بنية NVQLink: وحدة المعالجة الكمومية المنطقية
- الربط في الوقت الفعلي: السرعة هي المفتاح
- البرمجة الموحدة مع CUDA-Q
- تطبيقات في العالم الحقيقي: الشراكة مع Quantinuum
- مستقبل الحوسبة الكمومية المتسارعة
- أسئلة شائعة
تحديات الحوسبة الكمومية
تتطلب التطبيقات الكمومية المفيدة تصحيح الأخطاء الكمومية (QEC) والمعايرة على نطاقات لا يمكن معالجتها إلا من خلال دمج أحدث ما توصلت إليه الحوسبة المتسارعة بإحكام. الكيوبتات (الوحدات الأساسية للمعلومات الكمومية) هشة للغاية وعرضة للأخطاء، مما يجعل (QEC) ضرورياً لبناء حواسيب كمومية موثوقة. تتطلب هذه العملية حسابات معقدة يجب إجراؤها في الوقت الفعلي، وهو ما يفوق قدرات أنظمة التحكم التقليدية.
تقديم NVQLink: جسر بين عالمين
(NVQLink) هي بنية منصة مفتوحة تربط بإحكام بين مضيف حوسبة فائقة تقليدي (مثل خادم مزود بوحدات معالجة الرسومات من إنفيديا) ووحدة تحكم النظام الكمومي (QSC). تم تصميمها للعمل مع أنظمة التحكم الحالية المستخدمة بالفعل في الصناعة، بغض النظر عن نوع التكنولوجيا الكمومية المستخدمة (مثل الموصلات الفائقة أو الأيونات المحاصرة).
الهدف بسيط ولكنه تحويلي: جعل عقدة الحوسبة الفائقة جزءاً أصلياً من بيئة وحدة المعالجة الكمومية، مما يسرع قدرة الأجهزة الكمومية على الحساب. (NVQLink) تجلب الحوسبة المتسارعة إلى المكدس الكمومي، مما يمكّن رقائق (GPU) الفائقة اليوم من دعم أعباء العمل عبر الإنترنت لوحدة المعالجة الكمومية نفسها.
بنية NVQLink: وحدة المعالجة الكمومية المنطقية
تحدد بنية (NVQLink) نموذج آلة يُعرف باسم وحدة المعالجة الكمومية المنطقية (Logical QPU). إنه نظام كامل، يشمل الكيوبتات المادية، وإلكترونيات التحكم والقراءة الخاصة بها، والموارد الحاسوبية اللازمة لأعباء العمل عبر الإنترنت مثل فك تشفير (QEC).
يجمع هذا النظام الهجين بين عالم التحكم الكمومي المتماسك وعالم الحوسبة الفائقة التقليدية المتطورة. على أحد الجانبين يوجد المضيف في الوقت الفعلي (عقدة حوسبة متسارعة)، وعلى الجانب الآخر توجد وحدة تحكم النظام الكمومي (QSC) التابعة لجهة خارجية.
الربط في الوقت الفعلي: السرعة هي المفتاح
يربط بين هذين المكونين الربط البيني في الوقت الفعلي، وهو شبكة ذات زمن انتقال منخفض وعرض نطاق ترددي عالٍ تمكن الحوسبة من العمل ضمن نطاق وقت تشغيل الأجهزة الكمومية.
يتم تنفيذ هذا الربط باستخدام تقنية (RDMA over Converged Ethernet (RoCE))، وهي تقنية شبكات قياسية. أظهرت الاختبارات باستخدام مكونات متاحة تجارياً زمن انتقال من طرف إلى طرف يبلغ 3.84 ميكروثانية (متوسط). هذا المستوى من زمن الانتقال منخفض بما يكفي لمهام فك تشفير (QEC) الحالية والمستقبلية.
البرمجة الموحدة مع CUDA-Q
بالنسبة لمبرمج التطبيقات، تعتبر وحدة المعالجة الكمومية المنطقية نوعاً جديداً من الأجهزة غير المتجانسة المدعومة من قبل منصة (NVIDIA CUDA-Q). يتيح هذا الترتيب للمطورين كتابة برنامج واحد، باستخدام بناء جملة (C++) أو بايثون القياسي، يعبر عن كل من النوى الكمومية واستدعاءات الوقت الفعلي للمضيف.
تتيح وظيفة (cudaq::device_call) الجديدة داخل (CUDA-Q) للنوى الكمومية استدعاء وظائف (GPU) أو (CPU) مباشرة وتلقي النتائج في غضون ميكروثانية.
تطبيقات في العالم الحقيقي: الشراكة مع Quantinuum
يتم بالفعل اعتماد (NVQLink) من قبل قادة في النظام البيئي للحوسبة الكمومية. أعلنت شركة بناء وحدات المعالجة الكمومية (Quantinuum) أن معالجاتها المستقبلية سيتم نشرها باستخدام (NVQLink)، وتم نشر وحدة المعالجة الكمومية (Helios) التي أعلنت عنها مؤخراً مع (NVIDIA GH200 Grace Hopper) كمضيف في الوقت الفعلي.
يستخدم خادم (GH200) لتصحيح الأخطاء الكمومية في الوقت الفعلي. أظهر التعاون بين إنفيديا و(Quantinuum) هذه القدرة، حيث تم فك تشفير كود (QEC) عالي المعدل في وقت متوسط قدره 67 ميكروثانية، مما يتيح تصحيح الأخطاء في الوقت الفعلي وتحقيق تحسن بمقدار 5.4 أضعاف في معدل الخطأ المنطقي.
مستقبل الحوسبة الكمومية المتسارعة
من خلال هذه الابتكارات، تحول (NVQLink) وحدة المعالجة الكمومية من جهاز طرفي يتم الوصول إليه عبر واجهة برمجة تطبيقات بطيئة إلى نظير من الدرجة الأولى داخل حاسوب فائق. إنها تمكن الحوسبة الكمومية والتقليدية من التعايش في نظام واحد محدود زمن الانتقال، وهو حاسوب كمومي فائق هجين متسارع حقيقي. يظهر هذا النجاح المبكر جداً إمكانات (NVQLink) لتسريع ظهور الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء.
أسئلة شائعة
ما هي الحوسبة الكمومية؟
هي نوع جديد من الحوسبة يستخدم مبادئ ميكانيكا الكم (مثل التراكب والتشابك) لإجراء حسابات معقدة للغاية تتجاوز قدرات الحواسيب التقليدية.
ما هو تصحيح الأخطاء الكمومية (QEC)؟
هي تقنيات تستخدم لحماية المعلومات الكمومية من الأخطاء الناتجة عن الضوضاء وفقدان التماسك، وهي ضرورية لبناء حواسيب كمومية موثوقة.
ما هي بنية NVQLink؟
هي بنية طورتها إنفيديا لربط الحواسيب الفائقة التقليدية (المزودة بوحدات معالجة الرسومات) مباشرة بأنظمة التحكم الكمومية بزمن انتقال منخفض جداً، لتسريع المهام الحاسمة مثل (QEC).
