نقشه راه IBM برای ساخت اکوسیستم نرم افزاری کوانتومی باز

نقشه راه توسعه کوانتومی آینده کوانتومی را پیش بینی می کند که نیازی به یادگیری یک زبان جدید و اجرای کد به طور جداگانه بر روی یک دستگاه جدید ندارد.

نقشه راه توسعه کوانتومی آینده کوانتومی را پیش بینی می کند که نیازی به یادگیری یک زبان جدید و اجرای کد به طور جداگانه بر روی یک دستگاه جدید ندارد.

محاسبات کوانتومی در آستانه جرقه تغییر پارادایم است. نرم افزار متکی به این فناوری نوپا ، که ریشه در قوانین فیزیکی طبیعت دارد ، به زودی می تواند محاسبات را برای همیشه متحول کند. با این حال ، بخاطر داشته باشید که محاسبات کلاسیک چندین دهه طول کشید تا از دروازه های منطقی برنامه ریزی شده به صورت جداگانه به خدمات پیشرفته مبتنی بر ابر امروز برود-و امیدواریم که محاسبات کوانتومی فقط در چند سال کوتاه همان جهش را انجام دهند. ما فکر می کنیم می توانیم به آنجا برسیم ، اما نمی توانیم این جهش را به تنهایی انجام دهیم.

در سپتامبر سال 2020 ، ما قدم جسورانه ای را برای انتشار نقشه راه سخت افزاری برداشتیم که مسیر مشخصی را برای بیش از 1000 Qubits نشان می داد ، و چالش هایی را که پیش بینی می کنیم در طول مسیر و پیشنهاد راه حل هایی برای این چالش ها مشخص کردیم. به عنوان دانشمندان ، تصمیم گیری آسان برای عمومی شدن با چنین نقشه راه شفاف نیست. ما ترجیح می دهیم در مورد دستاوردهای خود صحبت کنیم ، نه برنامه های ما. با این حال ، ایجاد شرایط مناسب برای محاسبات کوانتومی برای تبدیل اکوسیستم محاسباتی گسترده تر در این دهه ، یک تلاش غرغره است. ما باید 50 سال گذشته درس آموخته شده از محاسبات کلاسیک را برای تسریع در ادغام سیستم های کوانتومی و کلاسیک با سرعت نجومی درج کنیم. خوشبختانه ، این بار در اطراف ما به کمک قدرت و توانایی یک جامعه منبع باز برای بسیج توسعه دهندگان در سراسر جهان ، به علاوه استقرار ابر بومی بارهای کاری کوانتومی ، برای تجزیه هرگونه موانع احتمالی و دموکراتیک کردن دسترسی به این فناوری جدید ، کمک خواهیم کرد. در اسرع وقت

ما می دانیم که توسعه نرم افزار به بهترین وجه به طور مشترک انجام می شود ، زیرا رویکردهای منبع باز مبتنی بر این درک است که اکوسیستم نیازهای مختلف انسانی بهترین نتایج را هدایت می کند-و محاسبات کوانتومی هیچ تفاوتی ندارد. ما انتظار داریم که توسعه دهندگان در هر یک از سه بخش اصلی کار کنند که زمینه را برای کسانی که در پشته کار می کنند ، انجام دهند.

• در پایین ترین سطح ، توسعه دهندگان هسته کوانتومی مدارهای کوانتومی با کارایی بالا را با کنترل زمان و سطح پالس ایجاد می کنند.
• توسعه دهندگان الگوریتم کوانتومی برای توسعه الگوریتم های کوانتومی پیشگامانه به این مدارها تکیه می کنند که ممکن است مزیتی نسبت به راه حل های محاسباتی کلاسیک امروزی داشته باشند.
• در نهایت، توسعه دهندگان مدل کوانتومی این الگوریتم ها را در موارد استفاده در دنیای واقعی به منظور توسعه مدل های کوانتومی برای شیمی، فیزیک، زیست شناسی، یادگیری ماشین، بهینه سازی یا حتی امور مالی اعمال می کنند.

IBM و CQC در مأموریت تقویت رشد محاسبات کوانتومی در دهه آینده، هم از نظر قابلیت های کوانتومی و هم در سرمایه گذاری جمعی بر روی اکوسیستم های ابری ترکیبی و کوانتومی، همسو هستند. CQC نه تنها از ایجاد، بلکه از استقرار نرم افزارهای نوآورانه بر روی پلتفرم IBM Quantum مانند ایجاد آنتروپی کوانتومی قابل تأیید برای ایجاد کلیدهای امنیت سایبری غیرقابل هک و همکاری در تکامل Qiskit و QASM برای ادامه رشد جامعه مبتنی بر استانداردها هیجان زده و هیجان زده است..”

- ایلاس خان، بنیانگذار و مدیر عامل کمبریج کوانتومی رایانش

نقشه راه توسعه ما به هر بخش توسعه دهنده ابزارهای مورد نیاز برای تولید بهترین مدارها، الگوریتم ها و مدل ها را می دهد و در عین حال فرصت های همکاری را به حداکثر می رساند. ما در حال افزایش تنوع مدارها و ظرفیت سیستم های خود برای اجرای سریعتر مدارهای بیشتر هستیم، در حالی که پلتفرمی را ایجاد می کنیم که توسعه دهندگان کوانتومی بتوانند به طور یکپارچه در همان چارچوب یکپارچه مبتنی بر ابر کار کنند. بارهای کاری با اجزای کوانتومی و کلاسیک توسط منشأ یا ماهیت ادغام محدود نمی شوند و ابر ترکیبی به این بارهای کاری اجازه می دهد تا در هر جایی که سیستم های بومی ابری ما امروز و در آینده اجرا می کنند اجرا شوند.

بنابراین، چگونه برای رسیدن به آنجا برنامه ریزی می کنیم؟

هسته هاالگوریتم هامدل ها.

امروز، ما به روزرسانی های مهمی را برای توسعه دهندگان هسته کوانتومی ایجاد می کنیم که کد را در پایین ترین سطح می نویسند، و برای آنها روی توسعه APIهای مدار تمرکز کرده ایم. امسال، ما قصد داریم تا زمان اجرا Qiskit را منتشر کنیم - یک محیط اجرایی که ظرفیت اجرای مدارهای بیشتری را با سرعتی بسیار سریعتر از قبل افزایش می دهد و با قابلیت ذخیره برنامه های کوانتومی به طوری که سایر کاربران بتوانند آنها را به عنوان یک سرویس اجرا کنند. زمان اجرا Qiskit بار کاری کلاسیک-کوانتومی را بازنگری می کند تا برنامه ها بر روی سخت افزار کلاسیک واقع در کنار سخت افزار کوانتومی آپلود و اجرا شوند و تأخیرهای ناشی از ارتباط بین رایانه کاربر و پردازنده کوانتومی را کاهش دهد.

من به عنوان یک محقق و بنیانگذار استارت آپ، با چالش های تبدیل نتایج تحقیقات به محصولی ارزشمند بیشتر آشنا هستم. نقشه راه توسعه دهنده IBM Quantum در شکل دهی به اهداف ما برای ایجاد ارزش های متمایز در این اکوسیستم و هدایت موضوعات تحقیقاتی و تلاش ها برای دستیابی به حداکثر ارتباط و تأثیر برای آزمایشگاه و همکاران من بسیار مفید خواهد بود.”

- دکتر پرینه نارنگ، بنیانگذار و مدیر ارشد فناوری Aliro Quantum و استادیار دانشکده مهندسی و علوم کاربردی جان آ. پالسون در دانشگاه هاروارد

این پیشرفت ها منجر به افزایش سرعت 100 برابری در بارهای کاری می شود که از اجرای مدار تکراری بهره برداری می کنند، که به سیستم های کوانتومی ما اجازه می دهد تا کارهایی را که امروزه ممکن است ماه ها طول بکشد، تنها در چند ساعت اجرا کنند.

ما نه تنها ظرفیت سیستم های خود را افزایش می دهیم، بلکه سیستم ما مدارهای متنوع تری را اجرا می کند و به کاربران این امکان را می دهد تا با مشکلاتی که قبلاً برای هر پردازنده کوانتومی غیرقابل دسترس بوده اند، مقابله کنند. رابط های نرم افزاری به روز شده، مانند زبان اسمبلی OpenQASM3 که اخیراً اعلام کردیم، به علاوه توسعه فنی در حال انجام به توسعه دهندگان هسته کوانتومی اجازه می دهد تا مدارهای دینامیکی را اجرا کنند - مدارهایی که دارای دستورالعمل های کلاسیک و کوانتومی هستند که باید در زمان انسجام کیوبیت ها اجرا شوند - تا سال 2022. از سال 2023 و بعد از آن، ما کتابخانه های مداری و سیستم های کنترل پیشرفته را برای دستکاری پارچه های کیوبیتی بزرگ معرفی خواهیم کرد که به توسعه دهندگان هسته کوانتومی ما اجازه می دهد تا از سخت افزار با هزار یا بیشتر کیوبیت استفاده کامل کنند.

توسعه دهندگان الگوریتم کوانتومی ما نگرانی های متفاوتی نسبت به توسعه دهندگان هسته کوانتومی ما دارند و به اجرای کارآمد کارها نیاز دارند زیرا آنها برنامه های بالقوه پیشگامانه جدید مدارهای کوانتومی را بررسی می کنند. این کاربران به دنبال راه های جدیدی برای استفاده از قدرت محاسبات کوانتومی هستند، بدون اینکه به پیچیدگی های سخت افزاری که روی آن برنامه نویسی می کنند فکر کنند. برای این توسعه دهندگان، ما به بهبود و عرضه ابزارهای جدید برای ساخت و اجرای کارآمد مدارهای کوانتومی، و همچنین ماژول های کاربردی خاص برای علوم طبیعی، بهینه سازی، یادگیری ماشین و امور مالی ادامه خواهیم داد تا اکتشاف آنها را آسان تر کنیم.

صندوق واحد در حال ایجاد یک اکوسیستم گسترده، باز و فراگیر برای فناوری های کوانتومی است. با حمایت IBM، ما از پروژه ها، پلتفرم ها و جوامع منبع باز کوانتومی حمایت کرده ایم و هیجان زده و امیدواریم که نقشه راه توسعه دهندگان IBM به توانمندسازی توسعه دهندگان و تشویق به پذیرش محاسبات کوانتومی ادامه دهد.”

- ویل زنگ ، بنیانگذار ، صندوق واحد

تا سال 2023 ، ما انتظار داریم که خانواده های تمام شده از قبل ساخته شده متناسب با این دامنه ها را ارائه دهیم ، که از یک API مبتنی بر ابر با استفاده از انواع چارچوب های توسعه مشترک قابل تماس است. در این مرحله ، ما فکر می کنیم پایه های تعیین شده توسط هسته کوانتومی و توسعه دهندگان الگوریتم به توسعه دهندگان مدل و شرکت اجازه می دهند تا بدون نیاز به فکر کردن در مورد فیزیک کوانتومی ، مدل های محاسباتی کوانتومی را به تنهایی کشف کنند. توسعه دهندگان این آزادی را برای غنی سازی سیستم های ساخته شده در هر زمان اجرا ترکیبی ، زبان و چارچوب برنامه نویسی مشترک دارند و یا اجزای کوانتومی را به سادگی در هر گردش کار تجاری ادغام می کنند.

آینده توسعه کوانتومی بدون اصطکاک

با نگاهی به سال 2025 و بعد از آن ، ما فکر می کنیم که رویای ما برای محاسبات کوانتومی بدون اصطکاک به واقعیت تبدیل می شود - جایی که سخت افزار دیگر نگرانی کاربران یا توسعه دهندگان را ندارد. در آن زمان ، ما تصور می کنیم که توسعه دهندگان در تمام سطوح پشته محاسبات کوانتومی به سخت افزار پیشرفته ما با API مبتنی بر ابر متکی هستند ، که یکپارچه با منابع محاسباتی با کارایی بالا کار می کنند تا محدودیت های محاسبات را به طور کلی تحت فشار قرار دهند-و شامل محاسبه کوانتومی به عنوان یک محاسبه کوانتومیمؤلفه طبیعی خطوط لوله محاسبات موجود آنها. ما امیدواریم که تا سال 2030 ، شرکت ها و کاربران میلیارد ها دلار ، اگر یک روز تریلیون مدارهای کوانتومی در روز نباشند ، شاید حتی بدون این که متوجه شوند این کار را انجام می دهند.

ما امیدواریم که نقشه راه ما به سمت این چارچوب توسعه واقعاً بدون اصطکاک می تواند بهترین تجربه را با رایانه های کوانتومی در جهان برای کاربران ، مشتری ها و جامعه محاسبات کوانتومی ما ارائه دهد. و ما مطمئناً قصد نداریم این سفر را به تنهایی انجام دهیم. از طریق انتشار مداوم نرم افزار منبع باز برای کاوش ، ایجاد و توسعه برنامه های جدید کوانتومی هیجان انگیز ، اکوسیستم کوانتومی فردا را با هم می سازیم.

"IBM در رویکرد خود در به اشتراک گذاشتن این نقشه راه شفاف بی نظیر است. تقویت یک اکوسیستم باز ، مشارکتی ، محققان و توسعه دهندگان سازمانی برای مأموریت StrangeWorks اصلی است. ما از چشم انداز استقرار فن آوری های کوانتومی IBM در خانواده StrangeWorks محصولات که به کاربران ما اجازه می دهد تا زمان های ابر ترکیبی امروز را کشف کنند ، هیجان زده هستیم و طی چند سال آینده 1000+ Qubits را به کار می برند."

- وورلی ، بنیانگذار و مدیرعامل StrangeWorks

موسسه معماری سیستم های کاربردی (IAAS) دانشگاه اشتوتگارت و IBM Quantum چشم اندازی مشترک دارند که در آن برنامه های کاربردی با کمک کوانتومی توسط ابزارهای قدرتمند برای توسعه دهندگان برنامه ها و سیستم های منبع باز در آینده نزدیک ساخته خواهند شد. تعهد IBM به منبع باز، تحقیق و همکاری تجاری که در این نقشه راه گنجانده شده است، یک شتاب دهنده منحصر به فرد برای کل اکوسیستم نرم افزار کوانتومی است. به ویژه فعال سازی مستقیم برنامه های ترکیبی کوانتومی-کلاسیک، بخش مرکزی دیدگاه مشترک ما است.”

- فرانک لیمان، مدیر عامل موسسه معماری سیستم های کاربردی، دانشگاه اشتوتگارت

بخش بزرگی از استراتژی نرم افزار ما این است که به استفاده و ایجاد ابزارهای منبع باز ادامه دهیم، و در نهایت برخی از آنها را به اجزای اصلی ابری درجه یک تبدیل کنیم. این به ما امکان می دهد تا به مقیاس گذاری و گسترش نرم افزار کوانتومی خود ادامه دهیم تا کاربران بتوانند در حین اجرای برنامه های کوانتومی به روشی مطمئن و قابل اعتماد از معماری ما استفاده کنند. از طرف دیگر، کاربران می توانند برخی از مؤلفه های پشته نرم افزار ما را مستقیماً در معماری های ابری دلخواه خود نصب و استفاده کنند.

و همانطور که ما این نقشه راه را ارائه می کنیم، می خواهیم از شما بشنویم. اگر توسعه دهنده ای هستید که می خواهید از مزایای کوانتوم استفاده کنید، و علاقه مندید بخشی از برنامه بازخورد ما برای کمک به شکل دهی آینده کوانتوم باشید، لطفاً اینجا ثبت نام کنید.