الحجم الكمي

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

الحجم الكمومي هو مقياس يقيس قدرات الحاسوب الكمومي ومعدلات الخطأ فيه . وهو يعبر عن أقصى حجم للدوائر الكمومية المربعة التي يمكن للحاسوب تنفيذها بنجاح. لا يرتبط شكل هذه الدوائر ببنية الحاسوب الكمومي، ولكن يمكن للمترجم تحويلها وتحسينها للاستفادة من خصائص الحاسوب. وبالتالي، يمكن مقارنة الأحجام الكمومية لبنى مختلفة.

مقدمة

يصعب مقارنة الحواسيب الكمومية. يُعدّ الحجم الكمومي رقمًا واحدًا مصممًا لإظهار الأداء الشامل. وهو قياس وليس حسابًا، ويأخذ في الاعتبار عدة خصائص للحاسوب الكمومي، بدءًا من عدد الكيوبتات - وتشمل المقاييس الأخرى المستخدمة أخطاء البوابات والقياس، والتشويش المتبادل ، والاتصال. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

عرّفت شركة IBM مقياس الحجم الكمومي [ 4 ] لأن عدد الترانزستورات في الحاسوب التقليدي يختلف عن عدد البتات الكمومية في الحاسوب الكمومي. تفقد البتات الكمومية تماسكها، مما يؤدي إلى انخفاض الأداء، لذا فإن عددًا قليلًا من البتات المقاومة للأخطاء يُعدّ أكثر قيمة كمقياس للأداء من عدد أكبر من البتات الكمومية المشوّشة والمعرّضة للأخطاء. [ 5 ] [ 6 ]

بشكل عام، كلما زاد حجم الحجم الكمومي، زادت تعقيد المشكلات التي يمكن للحاسوب الكمومي حلها. [ 7 ]

تشمل المعايير البديلة قياس الأداء باستخدام الانتروبيا المتقاطعة ، وعمليات الكم الموثوقة في الثانية ( rQOPS ) التي اقترحتها مايكروسوفت ، وعمليات طبقة الدوائر في الثانية ( CLOPS ) التي اقترحتها آي بي إم، والكيوبتات الخوارزمية التي اقترحتها آيون كيو . [ 8 ] [ 9 ]

تعريف

التعريف الأصلي

تم تعريف الحجم الكمومي للحاسوب الكمومي لأول مرة عام 2018 من قِبل نيكولاي مول وآخرون [ 10 ] . إلا أنه منذ عام 2021 تقريبًا، تم استبدال هذا التعريف بتعريف جديد من شركة IBM عام 2019 [ 11 ] [ 12 ] . يعتمد التعريف الأصلي على عدد الكيوبتات N، بالإضافة إلى عدد الخطوات التي يمكن تنفيذها، وعمق الدائرة d.

V~سؤال=مين[شمال،د(شمال)]2.{\displaystyle {\tilde {V}}_{Q}=\min[N,d(N)]^{2}.}

يعتمد عمق الدائرة على معدل الخطأ الفعال ε eff as

د≃1شمالεهـوو.{\displaystyle d\simeq {\frac {1}{N\varepsilon _{\mathrm {eff} }}}.}

يُعرَّف معدل الخطأ الفعال ε eff بأنه متوسط ​​معدل الخطأ لبوابة ثنائية الكيوبت. إذا لم تكن بوابات الكيوبت المادية متصلة اتصالاً تاماً، فقد يلزم استخدام بوابات تبديل إضافية لتنفيذ أي بوابة ثنائية الكيوبت، ويكون ε eff > ε ، حيث ε هو معدل الخطأ لبوابات الكيوبت المادية. أما إذا توفرت بوابات أجهزة أكثر تعقيداً، مثل بوابة توفولي ثلاثية الكيوبت ، فمن الممكن أن يكون ε eff < ε .

يقل عمق الدائرة المسموح به عند إضافة المزيد من الكيوبتات بنفس معدل الخطأ الفعال. لذا، وفقًا لهذه التعريفات، بمجرد أن يصبح d ( N ) < N ، ينخفض ​​الحجم الكمومي عند إضافة المزيد من الكيوبتات. لتشغيل خوارزمية لا تتطلب سوى n < N كيوبت على جهاز ذي N كيوبت، قد يكون من المفيد اختيار مجموعة فرعية من الكيوبتات ذات اتصال جيد. في هذه الحالة، يقدم مول وآخرون [ 10 ] تعريفًا مُحسَّنًا للحجم الكمومي.

Vسؤال=الأعلىن<شمال{مين[ن،1نεهـوو(ن)]2}،{\displaystyle V_{Q}=\max _{n<N}\left\{\min \left[n,{\frac {1}{n\varepsilon _{\mathrm {eff} }(n)}}\right]^{2}\right\},}

حيث يتم أخذ القيمة القصوى على اختيار عشوائي لعدد n من الكيوبتات.

إعادة تعريف شركة IBM

في عام 2019، قام باحثو شركة IBM بتعديل تعريف الحجم الكمي ليكون أسيًا لحجم الدائرة، مشيرين إلى أنه يتوافق مع تعقيد محاكاة الدائرة على جهاز كمبيوتر كلاسيكي: [ 4 ] [ 13 ]

سجل2⁡Vسؤال=أرزمأxن≤شمال{مين[ن،د(ن)]}{\displaystyle \log _{2}V_{Q}={\underset {n\leq N}{\operatorname {arg\,max} }}\left\{\min \left[n,d(n)\right]\right\}}

تاريخ الإنجازات

الرقم القياسي العالمي، اعتبارًا من سبتمبر 2025 ، حيث أن أعلى حجم كمي هو 2 25. [ 14 ] فيما يلي نظرة عامة على الأحجام الكمية التي تم تحقيقها تاريخيًا:

تاريخالحجم الكمي [ أ ]عدد الكيوبتبنيانالشركة المصنعةاسم النظام والمرجع
يناير 20202 528الموصلية الفائقةشركة آي بي إم"رالي" [ 15 ]
يونيو 20202 66الأيون المحصورهانيويل[ 16 ]
أغسطس 20202 627الموصلية الفائقةشركة آي بي إمفالكون آر 4 "مونتريال" [ 17 ]
نوفمبر 20202 710الأيون المحصورهانيويل"نموذج النظام H1" [ 18 ]
ديسمبر 20202 727الموصلية الفائقةشركة آي بي إمفالكون آر 4 "مونتريال" [ 19 ]
مارس 20212 910الأيون المحصورهانيويل"نموذج النظام H1" [ 20 ]
يوليو 20212 1010الأيون المحصورهانيويل"نظام هانيويل H1" [ 21 ]
ديسمبر 20212 1112الأيون المحصوركوانتينوم (المعروفة سابقًا باسم هانيويل)"نموذج النظام الكمي H1-2" [ 22 ]
أبريل 20222 827الموصلية الفائقةشركة آي بي إمفالكون آر 10 "براغ" [ 23 ]
أبريل 20222 1212الأيون المحصورالكم"نموذج النظام الكمي H1-2" [ 24 ]
مايو 20222 927الموصلية الفائقةشركة آي بي إمفالكون آر 10 "براغ" [ 25 ]
سبتمبر 20222 1320الأيون المحصورالكم"نموذج النظام الكمي H1-1" [ 26 ]
فبراير 20232 724الأيون المحصورتقنيات ألباين كوانتوم"نموذج تجريبي للحوسبة الكمومية باستخدام مصيدة أيونية مدمجة" [ 27 ]
فبراير 20232 1520الأيون المحصورالكم"نموذج النظام الكمي H1-1" [ 28 ]
مايو 20232 1632الأيون المحصورالكم"نموذج النظام الكمي H2" [ 29 ]
يونيو 20232 1920الأيون المحصورالكم"نموذج النظام الكمي H1-1" [ 30 ]
فبراير 20242 520الموصلية الفائقةIQM"نظام IQM ذو 20 كيوبت" [ 31 ]
أبريل 20242 2020الأيون المحصورالكم"نموذج النظام الكمي H1-1" [ 32 ]
أغسطس 20242 2156الأيون المحصورالكم"نموذج النظام الكمي H2-1" [ 14 ]
مايو 20252 2356الأيون المحصورالكم"نموذج النظام الكمي H2-1" [ 33 ]
أغسطس 20252 10156الموصلية الفائقةشركة آي بي إمهيرون ر3 "بيتسبرغ" [ 34 ]
أغسطس 20252 11156الموصلية الفائقةشركة آي بي إممالك الحزين ر3 "بيتسبرغ" [ 35 ]
سبتمبر 20252 2556الأيون المحصورالكم"نموذج النظام الكمي H2-2" [ 36 ]
مايو 20262 1515الأيون المحصورتقنيات ألباين كوانتوم"سلسلة أجهزة الكمبيوتر الكمومية LYNX" [ 37 ]

المعايير الحجمية

يُعرّف معيار الحجم الكمومي مجموعة من الدوائر المربعة ، حيث يتساوى عدد الكيوبتات N وعمقها d . لذا، يكون ناتج هذا المعيار رقمًا واحدًا. مع ذلك، يُقترح تعميمٌ لهذا المعيار، وهو إطار عمل المعيار الحجمي [ 38 ] ، الذي يُعرّف مجموعة من الدوائر الكمومية المستطيلة ، حيث يكون N و d غير مرتبطين، مما يسمح بدراسة المفاضلات بين الأداء الزمني والمكاني، وبالتالي التضحية ببساطة معيار الرقم الواحد.

يمكن تعميم معايير القياس الحجمي ليس فقط لتشمل الأبعاد غير المترابطة N و d ، بل أيضًا لاختبار أنواع مختلفة من الدوائر الكمومية. فبينما تقيس معايير القياس الحجمي الكمومي قدرة الحاسوب الكمومي على تنفيذ نوع محدد من الدوائر العشوائية ، يمكن، من حيث المبدأ، استبدالها بأنواع أخرى من الدوائر العشوائية، أو الدوائر الدورية، [ 39 ] أو الدوائر المستوحاة من الخوارزميات. يجب أن يتضمن كل معيار قياس معيار نجاح يحدد ما إذا كان المعالج قد "اجتاز" دائرة اختبار معينة.

على الرغم من إمكانية تحليل هذه البيانات بطرق عديدة، إلا أن إحدى الطرق البسيطة لتصورها هي توضيح جبهة باريتو للمفاضلة بين N و d للمعالج قيد الاختبار. توفر جبهة باريتو هذه معلومات حول أقصى عمق d يمكن أن تتحمله رقعة من عدد معين من الكيوبتات N ، أو، بدلاً من ذلك، أكبر رقعة من N كيوبت يمكنها تحمل تنفيذ دائرة بعمق معين d .

انظر أيضاً

ملحوظات

مراجع

  1. ↑ «تزعم شركة هانيويل أنها صنعت أعلى حاسوب كمومي أداءً متاحًا» . phys.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-06-2020 .
  2. ↑ سميث-جودسون، بول. "الحجم الكمي: معيار لقياس أداء الحواسيب الكمية" . فوربس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-06-2020 .
  3. ↑ ما هو الحجم الكمي وكيف يتم قياس قوته؟
  4. كروس ، أندرو دبليو ؛ بيشوب، ليف إس؛ شيلدون، سارة ؛ نيشن، بول دي؛ غامبيتا، جاي إم. (2019). "التحقق من صحة الحواسيب الكمومية باستخدام دوائر نموذجية عشوائية" . مجلة الفيزياء أ . 100 (3) 032328. arXiv : 1811.12926 . Bibcode : 2019PhRvA.100c2328C . doi : 10.1103/PhysRevA.100.032328 . S2CID 119408990. تاريخ الاسترجاع: 2020-10-02 . 
  5. ↑ ماندلبوم، رايان ف. (2020-08-20). "ما هو الحجم الكمي على أي حال؟" . ميديوم كيسكيت . تم الاسترجاع في 2020-08-21 .
  6. ↑ ساندرز، جيمس (12 أغسطس 2019). "لماذا يُعدّ الحجم الكمومي حيويًا لرسم مسار التفوق الكمومي" . TechRepublic . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أغسطس 2020 .
  7. ↑ باتي، لي (2020). "الحجم الكمي: قوة الحواسيب الكمية" . www.honeywell.com . كبير علماء حلول هانيويل الكمية . تاريخ الاسترجاع: 21 أغسطس 2020 .
  8. ↑ ييركا، بوب (24 يونيو 2023). "تزعم مايكروسوفت أنها حققت أول إنجاز في إنشاء حاسوب كمومي موثوق وعملي" . phys.org . تم الاطلاع عليه في 1 يوليو 2024 .
  9. ↑ ليبرينس-رينجيه، دافني (2021-11-02). "الحوسبة الكمومية: ابتكرت شركة IBM طريقة جديدة لقياس سرعة المعالجات الكمومية" . ZDNet . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2024-07-01 .
  10. مول ، نيكولاي؛ باركوتسوس، بانايوتيس؛ بيشوب، ليف س؛ تشاو، جيري م؛ كروس، أندرو؛ إيغر، دانيال ج؛ فيليب، ستيفان؛ فوهرر، أندرياس؛ غامبيتا، جاي م؛ غانزهورن، مارك؛ كاندالا، أبهيناف؛ ميزاكابو، أنطونيو؛ مولر، بيتر؛ ريسوي، والتر؛ ساليس، جيان؛ سمولين، جون؛ تافيرنيلي، إيفانو؛ تيمي، كريستان (2018). "التحسين الكمي باستخدام الخوارزميات التباينية على الأجهزة الكمية القريبة المدى" . علوم وتكنولوجيا الكم . 3 (3): 030503. arXiv : 1710.01022 . Bibcode : 2018QS & T....3c0503M . دوى : 10.1088/2058-9565/aab822 .
  11. ↑ بالدوين، تشارلز؛ ماير، كارل (2022). "إعادة النظر في اختبار الحجم الكمومي: التوزيعات المثالية، وتحسينات المُصرّف، وفترات الثقة، وتقديرات الموارد القابلة للتوسع". الكموم . 6 707. arXiv : 2110.14808 . Bibcode : 2022Quant...6..707B . doi : 10.22331/q-2022-05-09-707 . S2CID 240070758 . 
  12. ↑ ميلر، كيث (2022-07-14). "مقياس حجمي مُحسَّن للحواسيب الكمومية عبر أشكال دوائر كمومية أكثر تمثيلاً". arXiv : 2207.02315 [ quant-ph ].
  13. ↑ https://pennylane.ai/qml/demos/quantum_volume.html ( مؤرشف )
  14. 1 2 "quantinuum-hardware-quantum-volume" . GitHub . 11 أغسطس 2024.
  15. ↑ "شركة آي بي إم تضاعف قدرتها على الحوسبة الكمومية مرة أخرى" . فوربس . 2020-01-08.
  16. ↑ صموئيل ك. مور (24 يونيو 2020). "هانيويل تدّعي امتلاكها أقوى حاسوب كمومي" . مجلة IEEE Spectrum .
  17. ↑ كوندون، ستيفاني (20 أغسطس 2020). "شركة آي بي إم تحقق إنجازًا جديدًا في مجال الحوسبة الكمومية" . زد نت . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أغسطس 2020 .
  18. ↑ صموئيل ك. مور (10 نوفمبر 2020). "التوسع السريع لأجهزة الكمبيوتر الكمومية التجارية ذات مصائد الأيونات" . مجلة IEEE Spectrum .
  19. ↑ غامبيتا، جاي [@jaygambetta] (2020-12-03). "على نفس النظام (IBM Q System One - مونتريال) الذي حققنا فيه حجمًا كميًا قدره 64، حقق الفريق مؤخرًا حجمًا كميًا قدره 128. لقد كان التقدم المحرز هذا العام في جودة الدوائر الكمومية مذهلاً. https://t.co/pBYmLkmSoS" ( تغريدة ). مؤرشفة من الأصل في 2022-10-21 . تم استرجاعها في 2022-12-04 – عبر تويتر .
  20. ↑ ليبرينس-رينجيه، دافني. "الحوسبة الكمومية: هانيويل ضاعفت قوة حاسوبها أربع مرات" . زد نت . تم الاسترجاع في 11 مارس 2021 .
  21. ↑ "هانيويل وكامبريدج كوانتوم تحققان إنجازات جديدة" . www.honeywell.com . تاريخ الاطلاع: 23 يوليو 2021 .
  22. ↑ "إثبات فوائد استراتيجية التصميم القابلة للتحديث الكمومي: نموذج النظام H1-2 أول من أثبت حجمًا كموميًا قدره 2048" . www.quantinuum.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 30 ديسمبر 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يناير 2022 .
  23. ↑ "الارتقاء بأداء الحوسبة الكمومية إلى الأمام بأعلى حجم كمومي لدينا حتى الآن" . مدونة أبحاث IBM . 6 أبريل 2022.
  24. ↑ "شركة كوانتينيوم تعلن عن إنجاز المجلد الكمي 4096" . www.quantinuum.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 5 أكتوبر 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 أبريل 2022 .
  25. ↑ غامبيتا، جاي [@jaygambetta] (25 مايو 2022). "تحديث بسيط من فريق IBM Quantum. تم تحقيق قيمة QV تبلغ 512 😀. يستمر تصميم البوابات الجديد (Falcon R10) في توفير دقة أعلى وتداخل أقل، وبالتالي دوائر بجودة أفضل. قفزتان في قيمة QV خلال الشهرين الماضيين. https://t.co/szAKCAD4gA" ( تغريدة ). مؤرشفة من الأصل بتاريخ 28 مايو 2022. تم الاطلاع عليها بتاريخ 4 ديسمبر 2022 عبر تويتر .
  26. ↑ سميث-جودسون، بول (2022-10-06). "الحوسبة الكمومية تشهد تطورًا ملحوظًا - 17 إنجازًا هامًا في مجال الحوسبة الكمومية خلال 12 شهرًا" . فوربس . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2022-10-06 . تاريخ الاطلاع: 2023-02-24 .
  27. ↑ مونز، توماس (10 فبراير 2023). "حالة الحوسبة الكمومية في أوروبا: AQT تدفع الأداء بحجم كمومي يبلغ 128" . techmonitor.ai . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 مايو 2023 .
  28. ↑ موريسون، رايان (23 فبراير 2023). "كوانتيوم يحقق إنجازًا هامًا في الأداء الكمومي" . techmonitor.ai . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 فبراير 2023 .
  29. ↑ موسى، س. أ. (2023-05-09). "معالج كمي للأيونات المحصورة على شكل مضمار سباق". مجلة Physical Review X. 13 ( 4) 041052. arXiv : 2305.03828 . Bibcode : 2023PhRvX..13d1052M . doi : 10.1103/PhysRevX.13.041052 .
  30. ↑ موريسون، رايان (30 يونيو 2023). "حاسوب كوانتينوم من سلسلة H الكمومية يحقق ثلاثة أرقام قياسية جديدة في الأداء لحجم الكم" . كوانتينوم . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 يونيو 2023 .
  31. ↑ "تقرير IQM Quantum عن معايير الأداء لنظام 20 كيوبت" . www.meetiqm.com . 20 فبراير 2024. تاريخ الاطلاع: 20 فبراير 2024 .
  32. ↑ "تُعزز شركة كوانتينوم ريادتها الكبيرة في مجال الحوسبة الكمومية، محققةً إنجازات تاريخية في دقة الأجهزة وحجم الحوسبة الكمومية" . www.quantinuum.com . تاريخ الاطلاع: ١٧ أبريل ٢٠٢٤ .
  33. ↑ "الكم يهيمن على المشهد الكمي: رقم قياسي عالمي جديد في الحجم الكمي" . www.quantinuum.com . تاريخ الاطلاع: 13 مايو 2025 .
  34. ↑ «أصدرت IBM الإصدار التجريبي r3 من وحدة المعالجة الكمومية، وتجاوزت عتبات الحجم الكمومي | نشر جاي جامبيتا تعليقًا على هذا الموضوع | لينكدإن» . www.linkedin.com . تاريخ الاطلاع: 19 يناير 2026 .
  35. ↑ «أصدرت IBM الإصدار التجريبي r3 من وحدة المعالجة الكمومية، وتجاوزت عتبات الحجم الكمومي | نشر جاي جامبيتا تعليقًا على هذا الموضوع | لينكدإن» . www.linkedin.com . تاريخ الاطلاع: 19 يناير 2026 .
  36. ↑ "معايير النظام" . www.quantinuum.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17-09-2025 .
  37. ↑ "سلسلة الحواسيب الكمومية الجديدة "LYNX" بحجم كمومي قياسي" . aqt.eu. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2026-05-05 .
  38. ↑ بلوم-كوهوت، روبن؛ يونغ، كيفن سي. (15 نوفمبر 2020). "إطار عمل حجمي لمعايير الحوسبة الكمومية". الكم . 4 362. arXiv : 1904.05546 . Bibcode : 2020Quant...4..362B . doi : 10.22331/q-2020-11-15-362 . ISSN 2521-327X . 
  39. ↑ بروكتر، تيموثي؛ رودينجر، كينيث؛ يونغ، كيفن؛ نيلسن، إريك؛ بلوم-كوهوت، روبن (2021-12-20). "قياس قدرات الحواسيب الكمومية". مجلة نيتشر فيزيكس . 18 (1). سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا ​​ذ.م.م: 75-79 . arXiv : 2008.11294 . doi : 10.1038/s41567-021-01409-7 . ISSN 1745-2473 .