كمبيوتر كمي 50 كيوبت تمت محاكاته بالكامل لأول مرة

حقق الكمبيوتر العملاق JUPITER إنجازًا جديدًا من خلال محاكاة 50 كيوبت. جعلت ابتكارات الذاكرة والضغط الجديدة هذا الإنجاز ممكنًا.

حقق فريق من مركز الحوسبة الفائقة Jülich، بالتعاون مع متخصصي NVIDIA، إنجازًا كبيرًا في الأبحاث الكمومية. ولأول مرة، نجحوا في محاكاة كمبيوتر كمي عالمي بـ 50 كيوبت، باستخدام جوبيتر، أول حاسوب فائق الإكساسكيل في أوروبا، والذي بدأ تشغيله في Forschungszentrum Jülich في سبتمبر.

يحطم هذا الإنجاز الرقم القياسي السابق البالغ 48 كيوبتًا والذي سجله علماء Jülich في عام 2019 على كمبيوتر K الياباني. تسلط النتيجة الجديدة الضوء على القدرات الاستثنائية لـ JUPITER وتوفر اختبارًا قويًا لاستكشاف الخوارزميات الكمومية والتحقق من صحتها.

تعد محاكاة أجهزة الكمبيوتر الكمومية أمرًا ضروريًا لتطوير تقنيات الكم المستقبلية. تتيح عمليات المحاكاة هذه للباحثين التحقق من النتائج التجريبية وتجربة أساليب خوارزمية جديدة قبل وقت طويل من أن تصبح الأجهزة الكمومية متقدمة بما يكفي لتشغيلها مباشرة. تشمل الأمثلة الرئيسية حل المتغير الكمي المتغير (VQE)، الذي يمكنه تحليل الجزيئات والمواد، وخوارزمية التحسين التقريبي الكمي (QAOA)، المستخدمة لتحسين عملية صنع القرار في مجالات مثل الخدمات اللوجستية والتمويل والهندسة. الذكاء الاصطناعي.

دفع حدود الحوسبة الكلاسيكية

إن إعادة إنشاء كمبيوتر كمي على الأنظمة التقليدية أمر صعب للغاية. مع نمو عدد الكيوبتات، يرتفع عدد الحالات الكمومية المحتملة بمعدل أسي. كل كيوبت مضاف يضاعف مقدار قوة الحوسبة والذاكرة المطلوبة.

على الرغم من أن الكمبيوتر المحمول النموذجي لا يزال بإمكانه محاكاة حوالي 30 كيوبت، فإن الوصول إلى 50 كيوبت يتطلب حوالي 2 بيتابايت من الذاكرة، أي ما يقرب من مليوني جيجابايت. يقول البروفيسور كريستيل ميشيلسن، مدير مركز يوليش للحوسبة الفائقة: “إن أكبر أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم هي الوحيدة التي تقدم حاليًا هذا القدر من المعلومات”. “توضح حالة الاستخدام هذه مدى الترابط الوثيق بين التقدم في الحوسبة عالية الأداء والأبحاث الكمومية اليوم.”

تحاكي المحاكاة فيزياء الكم المعقدة للمعالج الحقيقي بكامل تفاصيلها. تؤثر كل عملية – مثل تطبيق البوابة الكمومية – على أكثر من 2 كوادريليون قيمة عددية معقدة، “2” بها 15 صفرًا. ويجب مزامنة هذه القيم عبر آلاف العقد الحاسوبية من أجل تكرار عمل المعالج الكمي الحقيقي بدقة.

تم تمكين الاختراق بفضل تقنية الذاكرة الجديدة

أصبح هذا السجل ممكنًا بفضل الاقتران الوثيق بين وحدات المعالجة المركزية (CPUs) ووحدات معالجة الرسومات (GPUs) في NVIDIA GH200 Superchips، والتي يتم استخدامها في الكمبيوتر العملاق JUPITER. يسمح هذا التصميم بتخزين البيانات التي تتجاوز حدود ذاكرة وحدة معالجة الرسومات مؤقتًا في ذاكرة وحدة المعالجة المركزية مع الحد الأدنى من فقدان الأداء.

لاستغلال نظام الذاكرة الهجين هذا، قام المتخصصون في مختبر تطبيقات NVIDIA – وهي مبادرة بين مركز يوليش للحوسبة الفائقة (JSC) وNVIDIA – بتعزيز برنامج محاكاة يوليش Jülich Universal Quantum Computer Simulator (JUQCS). يقوم الإصدار الجديد، JUQCS-50، الآن بتنفيذ العمليات الكمية بكفاءة حتى عندما يتم تفريغ أجزاء من البيانات إلى وحدة المعالجة المركزية.

تتضمن الابتكارات الإضافية طريقة ضغط تشفير البايت التي تقلل متطلبات الذاكرة ثمانية أضعاف وخوارزمية ديناميكية تعمل باستمرار على تحسين تبادل البيانات بين أكثر من 16000 شريحة GH200 الفائقة.

يقول البروفيسور هانز دي رايدت من مركز يوليش للحوسبة الفائقة والمؤلف الرئيسي للدراسة المنشورة في نسخة أولية: “باستخدام JUQCS-50، يمكننا محاكاة أجهزة الكمبيوتر الكمومية العالمية بدقة عالية ومعالجة الأسئلة التي لا يستطيع أي معالج كمي موجود حلها حتى الآن”.

التكامل في البنية التحتية الكمومية لـ Jülich

سيكون JUQCS-50 متاحًا أيضًا للمؤسسات البحثية والشركات الخارجية عبر JUNIQ – البنية التحتية الموحدة لـ Jülich للحوسبة الكمومية. سيكون بمثابة أداة بحث وكمعيار لأجهزة الكمبيوتر العملاقة في المستقبل.

تم التطوير في إطار برنامج JUPITER للأبحاث والوصول المبكر (JUREP). يوضح الدكتور أندرياس هيرتن، عضو فريق مشروع Jülich JUPITER والمؤلف المشارك للدراسة: “من خلال التعاون المبكر، يمكن تصميم الأجهزة والبرامج بشكل مشترك خلال مرحلة بناء JUPITER، بالتعاون الوثيق بين خبراء Jülich وNVIDIA – وهي خطوة مهمة نحو تحقيق الإمكانات الكاملة لنظام exascale هذا”.

المرجع: “المحاكاة الكمومية العالمية لـ 50 بتًا كميًا على أول حاسوب فائق السرعة إكساسكيل في أوروبا يستغل بنيته غير المتجانسة لوحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات” بقلم هانز دي ريدت، وجيري كراوس، وأندرياس هيرتن، وفريندا ميهتا، وماتيس بودي، وماركوس هرونياك، وكريستل ميشيلسن، وتوماس ليبرت، 7 نوفمبر 2025، arXiv
دوى:10.48550/arXiv.2511.03359

يتم تمويل كوكب المشتري بشكل مشترك، حيث يتم توفير نصف التمويل من قبل المشروع الأوروبي المشترك للحوسبة عالية الأداء (EuroHPC JU)، ويأتي ربع التمويل من الوزارة الفيدرالية للأبحاث والتكنولوجيا والفضاء (BMFTR، BMBF سابقًا)، وربع من وزارة الثقافة والعلوم في ولاية شمال الراين وستفاليا (MKW NRW) عبر مركز غاوس للحوسبة الفائقة (GCS).

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل, يكتشف، و أخبار.