شركة IBM الأمريكية تطلق Qiskit Paulice للكشف عن الأخطاء في الدوائر الكمومية

أخبار ar.wedoany.com، أعلنت IBM Quantum رسمياً عن إطلاق المكون الإضافي مفتوح المصدر Qiskit Paulice (qiskit-paulice)، والذي يعمل على التعرف التلقائي على حلقات كشف الأخطاء الفعالة من حيث الأجهزة، وتقييمها، وحقنها في أي دوائر كمومية. تم تطوير هذه الحزمة البرمجية بواسطة باحثي IBM سيمون مارتييل وعلي جوادي-آباري، وتقدم تقنية فحص باولي الزمكاني للتخفيف من خصائص الضوضاء في الأجهزة الحالية للرقائق الكمومية متوسطة الحجم المزعجة (NISQ) الرقائق.

على عكس التصاميم التقليدية للحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء (FTQC) كثيفة الأجهزة والمقرر نشرها بحلول عام 2029، أو طرق تخفيف الأخطاء كثيفة الوقت التي تتطلب وقت أخذ عينات أسي مثل طرق الاستقراء الصفري للضوضاء والإزالة الاحتمالية للأخطاء، يعمل Qiskit Paulice كأداة لتصحيح الأخطاء بعد الاختيار، حيث يعزل ويستبعد مسارات التنفيذ المعيبة، مع الحد الأدنى من النفقات العامة في البوابات والكيوبتات.

على مستوى الأجهزة الأساسية، تتطلب بروتوكولات كشف الأخطاء القياسية توصيل كيوبتات مساعدة فيزيائية مخصصة مباشرة بأسلاك صلبة مع كيوبتات البيانات الرئيسية للحوسبة. غالباً ما تتطلب طرق التحقق التقليدية قياس عوامل ذات وزن عالٍ، مما يؤدي إلى عمق دائرة مفرط ويتطلب تنفيذ أنماط معقدة من بوابات SWAP على أجهزة ذات اتصالات كيوبت محدودة، مما يُدخل ضوضاء أكثر مما يكتشفها في كثير من الأحيان. يتجاوز Qiskit Paulice هذه العقبة من خلال تنفيذ القيود كرمز زمكاني موحد. فبدلاً من تقييم الكيوبتات الثابتة بدقة وفقاً للإحداثيات المادية، تقوم الحزمة بوضع عمليات التحقق في مواقع زمنية محددة أثناء التنفيذ التدريجي للدائرة، مما يمكّن الفحص الواحد منخفض الوزن من التقاط وتتبع تسرب الأخطاء في مناطق الحوسبة الممتدة.

لتحسين مجموعة الأجهزة، يجب أن توازن عمليات الفحص بين قدرتها على الكشف والضوضاء التي تُدخلها البوابات. يستخدم Paulice مُجمّعاً مُسرّعاً متعدد المستأجرين يعمل بلغة Rust للتحقق من معايير الفحص من خلال ثلاثة معايير أساسية: الفعالية، والتي تؤكد أن حاصل الضرب الخلفي لعوامل باولي المختارة يُعيّن مباشرةً كمُثبّت للحالة المُعدّة بواسطة الدائرة المثالية؛ تقليل الوزن، حيث تقوم خوارزمية الاختيار بتصفية العمليات المعقدة وتفضل الهياكل الفعالة من حيث الأجهزة التي تتطلب بوابات تشابك أقل؛ وتقييم الكفاءة، حيث تقوم الحزمة بنمذجة أخطاء باولي التي يكتشفها الفحص كقناة ضوضاء بعد الاختيار، وتقييم النظام من خلال دالة تكلفة مدمجة لتقليل نفقات أخذ العينات أو حساب معدل الخطأ المنطقي من خلال أخذ عينات مونت كارلو التجريبية.

في سير العمل العملي، يتم تعيين الدبابيس المساعدة إلى الحالة الأرضية الأولية، ويتم نشر الحالة عبر الدائرة قيد الفحص، مما يُنتج مُشغّل إخراج محلي يُسمى مجموعة الدعم. أثناء التنفيذ، إذا أظهرت البتات المُقاسة داخل مجموعة الدعم تماثلاً زوجياً، ينجح الفحص ويتم الاحتفاظ بالعينة؛ وإذا أظهرت تماثلاً فردياً، يتم وضع علامة على العينة على أنها معيبة ويتم تجاهلها. يمكن توجيه بيانات المتلازمة الهيكلية هذه إلى مسارات تنفيذ مختلفة. في سير العمل القائم على أخذ العينات أو القيم المتوقعة، يقوم المستخدم بإجراء اختيار لاحق واحد، مع الاحتفاظ فقط بالتشغيلات التي لم تُلاحظ فيها أخطاء، مما يحسن بشكل كبير من دقة البيانات المتبقية. يمكن للبرنامج أيضاً تغذية بيانات المتلازمة في الوقت الفعلي مباشرةً إلى خطوط أنابيب تخفيف الأخطاء الخارجية PEC أو تصحيح أخطاء الرمز السطحي لضغط قنوات الضوضاء العكسية وتقليل نفقات أخذ العينات.

تم تحسين المنصة للهياكل الكمومية من نوع Clifford والمهيمنة عليها. ولإظهار قابلية التوسع، تم نشر إطار البرنامج لتحسين دقة الدوائر المهيمنة عليها من نوع Clifford والتي تعالج ما يصل إلى 50 كيوبتاً و 2,450 بوابة تشابك. بالإضافة إلى ذلك، دخل بروتوكول الزمكان الأساسي الذي يقود Qiskit Paulice مرحلة تتبع المرشحين المتميزين. في تقديم مشترك بارز بين IBM Quantum وجامعة شيكاغو، نجح الباحثون في دمج فحص باولي الزمكاني في أعباء عمل أخذ عينات الحالة البيانية العشوائية واسعة النطاق. من خلال تضمين طبقة التصفية القائمة على المتلازمة في معايير أخذ عينات الدوائر العشوائية عالية الكثافة، أظهر الفريق نهجاً عملياً لتوسيع نطاق الحوسبة الكمومية إلى مجالات معالجة لا تزال محاكيات الحواسيب الفائقة الكلاسيكية تجد صعوبة في التعامل معها.