D-Wave

تعد شركة D-Wave من الشركات الرائدة في تطوير وتقديم أنظمة الحوسبة الكمومية وبرامجها وخدماتها وهي أول مورد تجاري لأجهزة الكمبيوتر الكمومية عالميًا. مهمتنا هي التعرف على إمكانيات الحوسبة الكمومية من خلال تقديم قيمة للعميل من خلال التطبيقات العملية. يتم استخدام أنظمتنا من قبل بعض المنظمات الأكثر تقدمًا في العالم، بدءًا من المؤسسات العالمية، مثل شركة لوكهيد مارتن (Lockheed Martin) وشركة دنسو (DENSO) وشركة فولكس فاجن (Volkswagen) وصولاً إلى مراكز البحوث القومية، مثل مركز أميس التابع لناسا (NASA Ames) ومختبر لوس ألاموس الوطني (Los Alamos National Lab) ومختبر أوك ردج الوطني (Oak Ridge National Lab) ومركز أبحاث يوليش (Forschungszentrum Jülich).

d-wave-systems_logo_201804131305387

يستفيد كمبيوتر D-Wave الكمومي من الديناميكيات الكمومية لتسريع وتمكين طرق جديدة لحل مشكلات التحسين المميز المعقد والرضا المقيد والذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة وعلم المواد والمحاكاة. تنطبق أنواع المشكلات هذه على مجموعة كبيرة من التطبيقات في مجالات متنوعة مثل وضع النماذج المالية وجدولة شركات الطيران وضع نماذج الانتخابات والكيمياء الكمومية والمحاكاة الفيزيائية وتصميم السيارات والرعاية الصحية الوقائية والخدمات اللوجستية والمزيد.

تستخدم أنظمتنا التلدين الكمومي لحل المشكلات الممثلة كوظائف حسابية (تشبه منظرًا طبيعيًا للقمم والوديان) عن طريق الاستفادة من التأثيرات الميكانيكية الكمومية، بما في ذلك التراكب والتشابك والعبور النفقي للعثور على الحد الأدنى من الحلول المثلى أو القريبة للمثلى العالمية المتوافقة. يتمتع جهازنا بمساحة 10’ x 7’ x 10’ تقريبًا. تحتوي علبته المادية على أنظمة تبريد عالية التبريد وحماية وإدخال/إخراج متطورة لدعم وحدة معالج كمومية واحدة (QPU). لكي تلعب التأثيرات الكمومية دورًا في الحوسبة، تتطلب وحدة QPU بيئة معزولة. تهيئ الثلاجة وطبقات من الحماية بيئة داخلية عالية التفريغ بدرجة حرارة قريبة من الصفر المطلق والتي تكون معزولة من المجالات المغناطيسية الخارجية والاهتزاز وإشارات التردد اللاسلكي (RF).

يتم بناء QPU نفسها من شبكة من وحدات البت الكمومي المتدفقة المتصلة فائقة التوصيل. تُصنع كل وحدة من وحدات البت الكمومي من حلقة معدنية صغيرة يتم قطعها من قبل تقاطع جوزيفسن. تصبح هذه الحلقات، في درجة حرارة منخفضة في نظامنا، موصلات فائقة وتظهر الآثار الميكانيكية الكمومية. عندما تكون وحدة البت الكمومي في حالة كمومية، يتدفق تيار في كلا من الاتجاهين في وقت واحد، مما يعني أن وحدة البت الكمومي في حالة تراكب - أي أنها في كلا من الحالة 0 و1 في نفس الوقت. في نهاية عملية حل المشكلة، ينهار التراكب إلى إحدى الحالتين التقليدين 0 أو 1.

يتطلب الانتقال من وحدة بت كمومي واحدة إلى QPU بوحدات بت كمومية متعددة أن تكون وحدات البت الكمومية متصلة لتبادل المعلومات. وحدات البت الكمومية متصلة عبر وصلات، وتكون أيضًا حلقات فائقة التوصيل. ينتج الاتصال بين وحدات البت الكمومية والوصلات مع دوائر التحكم لإدارة المجالات المغناطيسية نسيجًا متكاملاً من الأجهزة الكمومية القابلة للبرمجة. عندما تصل QPU إلى حل لمشكلة، يتم تسوية كل وحدات البت الكمومية في حالاتها النهائية ويتم إعادة القيم التي تحتفظ بها إلى المستخدم.

سيتمتع عملاء Amazon Braket بوصول مباشر في الوقت الفعلي إلى أجهزة كمبيوتر D-Wave الكمومية. لتحسين استخدام نظامنا، فإن عملاء AWS سيستخدمون D-Wave Ocean SDK، وهي مجموعة من أدوات Python التي تدعم تخطيط المشكلات عن طريق ترجمة أهداف التطبيق إلى نموذج مناسب للحل على كمبيوتر D-Wave الكمومي ثم إعادة الحلول المناسبة للتطبيق الأصلي. تتضمن SDK أيضًا واجهة برمجة التطبيقات لعينات موحدة (Uniform Sampler API)، طبقة مجردة تمثل المشكلة في نموذج يمكن استخدامه من قبل كمبيوتر كمومي وأدوات تحديد العينات والتي تسمح للمستخدم بتوجيه أي من الطرق المتعددة (المعروف باسم «أجهزة جمع العينات») للاستخدام لحل المشكلات. تتضمن الطرق تشغيل التلدين الكمومي أو أجهزة الكمبيوتر التقليدية الذي تشغل لوغاريتمات تقليدية أو ربما أجهزة جمع العينات المصممة خصيصًا.

بينما يمكن للمستخدمين إرسال المشكلات إلى النظام بعدد من الطرق المختلفة، إلا أنه يتم تمثيل المشكلة في نهاية الأمر على أنها مجموعة من القيم التي تتوافق مع أوزان وحدات البت الكمومية وقوة الوصلات. تتوافق حلول المشكلات مع التكوين الأمثل لوحدات البت الكمومية الموجودة؛ أي أدنى النقاط في بيئة الطاقة. يتم إعادة هذه القيم إلى المستخدم. نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية احتمالية وليست حتمية، يمكن أن تعود عدة قيم، تمثل مجموعة من حلول جيدة، وإن لم تكن مثالية، للمشكلة.

IonQ

تعد IonQ شركة رائدة في مجال الحوسبة الكمومية العالمية. نعتقد أن أفضل طريقة لبناء كمبيوتر كمومي هي عن طريق الطبيعة: تستخدم IonQ الذرات الفردية كمركز لوحدات المعالجة الكمومية. نرفعها في الفضاء باستخدام أقطاب كهربائية معرفة شبه موصلة على رقاقة. ثم نستخدم الليزر للإعداد الأولي وعمليات البوابة والقراءة النهائية. يتطلب الجمع بين كل هذه العناصر الفيزياء المعارضة للحدس والهندسة البصرية والميكانيكية الدقيقة والتحكم الثابت دقيق التعريق على مجموعة متنوعة من المكونات. تأسست IonQ في عام 2015 من قبل جنجسانج كيم وكريستوفر مونرو.

IonQ Logo

يتم تنفيذ المهام الحوسبية على الكمبيوتر الكمومي من قبل برمجة تسلسل نبضات الليزر المستخدمة في تنفيذ كل عملية من عمليات البوابة الكمومية. تمكن بنية نظامنا عمليات البوابة بين مجموعة عشوائية من بتات كمومية أو وحدات البت الكمومية في النظام، مما يجعلها آلة حوسبة شديدة التنوع والتي يمكن أن تشغل مجموعة كبيرة من اللوغاريتمات الكمومية بفعالية. نظامنا قادر على تنفيذ مجموعة كبيرة من اللوغاريتمات الكمومية المصممة لمعالجة المشكلات في محاكاة المواد والكيمياء، واللوجستيات والتحسين، والتطبيقات الأمنية والدوائية.

يبدأ نهج IonQ المحاصر بالأيونات للحوسبة الكمومية بذرات إيتربيوم المتأينة. تشكل حالتان داخليتان من هذه الذرات المتماثلة وحدات البت الكمومية، وهي الجزء الأكثر أهمية لأي كمبيوتر كمومي. تتطابق كل ذرة من ذرات إيتربيوم تمامًا مع كل ذرات الإيتربيوم الأخرى في العالم. ننزع أولاً إلكترونًا من الذرة لتحويل ذرتنا إلى أيون ونستخدم رقاقة مخصصة تعرف باسم مصيدة أيونية خطية للاحتفاظ بها بدقة في فضاء ثلاثي الأبعاد. تتميز المصيدة بما يقرب من 100 قطب كهربائي صغير يتم تصميمه وتصنيعه والتحكم به بدقة لإنتاج قوى كهرومغناطيسية تحتفظ بالأيونات في الفضاء معزولة عن البيئة لتقليل لضوضاء البيئية وعدم التماسك.

بمجرد وجود أول أيون في مكانه، يمكننا بعد ذلك تحميل أي عدد من الأيونات في سلسلة خطية. وبشكل نظري، تتيح لنا إعادة التكوين حسب الطلب إنشاء أي شيء بدءًا من نظام أحادي وحدة البت الكمومية وصولاً إلى نظام يفوق 100 وحدة البت الكمومية (غير متاح حاليًا) دون الحاجة إلى تصنيع رقاقة جديدة أو تغيير الأجهزة الأساسية. بمجرد احتجاز الذرات، يمكننا إعدادها في أي حالة كمومية وتظل في تلك الحالة لأجل غير مسمى طالما وحدات البت الكمومية معزولة عن البيئة بشكل مناسب. قبل أن نتمكن من استخدام الأيونات لإجراء عمليات الحوسبة الكمومية، يتعين علينا إعدادها لتنفيذ المهمة. يتضمن هذا خطوتين: التبريد، لتقليل الضوضاء الحوسبية وإعداد الحالة، والتي تهيئ كل أيون داخل حالة «صفر» المحددة جيدًا ليصبح جاهزًا للاستخدام.

نجري عمليات البوابة باستخدام مجموعة من أشعة الليزر الفردية، يصور كل شعاع في أيون فردي بالإضافة إلى شعاع واحد «عالمي». ينتج التداخل بين الشعاعين إشارة تحكم يمكن أن تطلق وحدات البت الكمومية في حالة مختلفة. يمكننا معالجة حالة الأيونات لإنشاء بوابة بوحدة بت كمومية واحدة وبوابة بوحدتي بت كمومية. حتى الآن، قمنا بتشغيل بوابة بوحدة بت كمومية واحدة على سلسلة من 79 أيونًا ولوغاريتمات معقدة تتكون من عدة بوابات من وحدتي البت الكمومية على سلاسل تصل إلى 11 أيونًا. بعد إجراء الحوسبة، يتم قراءة النتائج عن طريق تسليط ليزر رنان على جميع الأيونات لانهيار المعلومات الكمومية لإحدى الحالتين. يسمح لنا جمع وقياس الضوء بقراءة حالة الانهيار لكل أيون في وقت واحد — تضيء إحدى هذه الحالات استجابة لضوء الليزر والأخرى لا تضيء. نفسر النتيجة كسلسلة ثنائية. لعزل وحدات البت الكمومية الأيونية الذرية عن البيئة، نضع المصيدة داخل غرفة فائقة التفريغ ويضخ ضغوطات حوالي 10 إلى 11 تور. عند هذا الضغط، يوجد عدد أقل من الجزيئات في حجم معين مقارنة بالفضاء الخارجي.

Rigetti

تبني وتنشر Rigetti Computing أنظمة الحوسبة الكمومية المتكاملة والتي تستفيد من تقنية وحدات البت الكمومية فائقة التوصيل. تمكن هذه الأنظمة المنظمات من زيادة سير العمل الحوسبي الموجود باستخدام معالجات كمومية قوية. تخدم Rigetti العملاء في مجال المالية والتأمين والأدوية والدفاع والطاقة باستخدام برامج مخصصة وحلول شاملة تركز على تطبيقات المحاكاة والتحسين والتعليم الآلي. يقع المقر الرئيسي للشركة في كاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية ولها مكاتب في واشنطن العاصمة واستراليا والمملكة المتحدة.

Rigetti_Computing

تعد معالجات Rigetti الكمومية آلات عامة بنماذج لبوابات تعتمد على وحدات البت الكمومية فائقة التوصيل. تتميز رقائق سلسلة Aspen بمشابك قابلة للقرمدة لوحدات البت الكمومية فائقة التوصيل ذات تردد ثابت ويمكن ضبطها داخل بنية نظام قابلة للتوسيع إلى عدد كبير من وحدات البت الكمومية. كما تقدم بوابات المنطق المتشابكة البارامترية على هذه الرقائق أوقات بوابة سريعة ومعدلات تنفيذ البرنامج. يتم تصنيع رقائق كمومية لسلسلة Aspen في سبائك مخصصة لأجهزة Rigetti باستخدام أحدث تقنيات التصنيع لدوائر فائقة التوصيل. والنتيجة هي مزيج قوي من الدقة والحجم والسرعة.
تتكون معالجات Rigetti من ثلاثة أنظمة فرعية رئيسية. أولاً يتم تحسين برامج المستخدم إلى تعليمات الآلة الأصلية من خلال سلسلة أدوات المحول الفعال. ثم تسلسل وحدة تحكم الأجهزة بزمن استجابة منخفض هذه التعليمات كإشارات كهربائية معايرة. وأخيرًا، تحول وحدات البت الكمومية المصنوعة من عناصر دائرية فائقة التوصيل متماسكة هذه الإشارات الكهربائية بشكل منطقي كبوابات كمومية رقمية وتعليمات القياس.

إن الرسم البياني لاتصال رقائق Aspen ثماني الزوايا بوصلة بثلاث طيات (طيتان للحواف). يحدد محول Rigetti quilc اللوغاريتمات الكمومية المجردة في شبكة الاتصالات المادية هذه. يمكن لبوابات «SWAP»، التي تتبادل الحالات الكمومية بين وحدات البت الكمومية دون تشابكها، نقل المعلومات الكمومية عبر معالج Aspen لربط وحدات البت الكمومية المجاورة غير الأقرب. نظرًا لأن هذه العمليات يمكن أن تكون مكلفة، فإن محول quilc يتم تحسينه بدرجة عالية من أجل «مشكلة المخطط». وعلى وجه التحديد، غالبًا ما يقدر أعماق المحول للبرامج الموجودة على الرسوم البيانية لـ Aspen بأنها أقل من أو مساوية تقريبًا لإنشاء برنامج تسلسلي شامل للجميع.

وتعمل آلية بوابة متكاملة بوحدتي بت كمومية لـ Rigetti (عادة بوابة مرحلة التحكم أو بوابة «CZ») عن طريق التحكم في تعديل التردد (FM) الكهربائي. بالنسبة إلى فئة «البوابات البارامترية»، تنفذ وحدة التحكم تعليمات بوابة مرحلة التحكم (CZ) عبر التحيز الكهربائي الذي يدير نقاط تشغيل التردد اللاسلكي (جيجا هرتز) لوحدة واحدة من البت الكمومية (فكر في «قرص الراديو»)، مما يقلب طيف تعديل التردد (FM) إلى رنين مع وحدة البت الكمومية المجاورة الأقرب لمدة زمنية محددة بدقة. على الرسم البياني لـ Aspen، يتطلب هذا المخطط أن تكون نص وحدات البت الكمومية على الأقل قابلة للضبط على تعديل التردد (FM). لتقدير مدى تأثير عدم التماسك على اللوغاريتم، يجب مقارنة العمر الافتراضي لوحدات البت الكمومية (تقريبًا من 25 إلى 50 ميكرو ثانية) بالمدة الزمنية للبوابة (تقريبًا من 50 إلى 200 نانو ثانية) مضروبة في عمق دائرة اللوغاريتم. يرد في الجدول 1 هذه الأوقات القادمة من أحدث معالج لـ Rigetti (Aspen-7)، بناءً على عامل نموذج يتكون من 32 وحدة بت كمومية.

rsz_rigetti_figure64ba7215f8ce1086540e2b602ccd9b8d86b1b633
الشكل 1 - مخطط الدائرة القابلة للتوسيع لرقائق سلسلة Rigetti Aspen مع وحدات البت الكمومية المصنفة في وصلات وحدة البت الكمومية المباشرة ووصلات بـ 8 قواعد الموضحة في الرسم البياني.

Rigetti Aspen-7

متوسط المدة الزمنية (ميكرو ثانية)

العمر الافتراضي لـ T1

41

العمر الافتراضي لـ T2

35

عملية البوابة بوحدة بت كمومية واحدة

0.080

عملية البوابة بوحدتي بت كمومية

0.34

عملية القراءة

1.3

تسجيل عملية إعادة الضبط

10

الجدول 1 - العمر الافتراضي وسرعات العملية لمعالج Aspen-7، بيانات تم أخذها في يوم 10/24/2019.

Rigetti Aspen-7

متوسط الدقة (لكل عملية)

بوابات بوحدة بت كمومية واحدة

98.7 %

بوابات من وحدتي بت كمومية

95.2 %

قياس وإعداد الحالة

96.4 %

المتوسط الحسابي للعملية

97.2 %

الجدول 2 - الدقة لكل عملية لمعالج Aspen-7، بيانات تم أخذها في يوم 10/24/2019.

يرد في الجدول 2 متوسطات الدقة النموذجية لبوابات بوحدة بت كمومية واحدة وبوابات بوحدتي بت كمومية وتعليمات قياس وإعداد الحالة (SPAM) لـ Aspen-7. بينما يمكن تشغيل معايير أكثر تعقيدًا على أجهزة كمبيوتر كمومية عامة، فإن التقريب من الدرجة الأولى لأداء على مستوى الرقاقة هو المتوسط الحسابي لكل نوع من أنواع التعليمات، على سبيل المثال متوسط وحدة البت الكمومية الواحدة ووحدتي بت كمومية وتسجيل عمليات الإعداد/القراءة للرقاقة: لدى الرقاقة Aspen-7 دقة بمتوسط 97.2%. داخل الدائرة المتكاملة، يقلل واقي فائق التوصيل مرتبط بشريحة قلابة والتوصيلات الكهربائية العمودية عبر السيليكون التشويش التداخلي لإشارات التحكم الزائفة على الرقاقة إلى الحد الأدنى.

Product-Page_Standard-Icons_01_Product-Features_SqInk
هل لديك أسئلة؟

راجع الأسئلة الشائعة لـ Amazon Braket

معرفة المزيد 
Product-Page_Standard-Icons_02_Sign-Up_SqInk
اشترك للحصول على حساب مجاني

الوصول على الفور إلى الطبقة المجانية لخدمة AWS. 

الاشتراك 
Product-Page_Standard-Icons_03_Start-Building_SqInk
اشترك للمعاينة

اشترك للمعاينة من أجل البدء

الاشتراك 
محتوى الصفحة
D-Wave IonQ Rigetti