تحت سفارشات مبتدیان: مسابقه به آدرس یکی از بزرگترین چالش ها در علوم رایانه ای مدرن

در ژانویه 2019 ، NIST 69 مورد را برای استانداردسازی رمزنگاری پس از کوانتوم (PQC) ارسال کرد و فهرست کوتاه تری از 29 مورد را ایجاد کرد. این فرایند با هدف حل مشکل اصلی کامپیوترهای کوانتومی انجام می شود. شکستن لگاریتم های گسسته ، رمزنگاری منحنی بیضوی (به عنوان مثال ECDH برای مبادله کلید و ECDSA برای دیجیتال ...

اگر برنامه طراحی رایانه برای کامپیوترهای کوانتومی داشتیم چه؟

یک دستگاه چهار کیوبیتی که روی Qiskit Metal

تجسم شده است شکی در این مورد وجود ندارد: ساخت کامپیوترهای کوانتومی سخت است و ما آرزو می کنیم که راحت تر باشد.

طراحی دستگاه های کوانتومی بستر اصلی دنیای محاسبات کوانتومی ، و در عین حال ، این یک فرایند سخت و چند مرحله ای پیچیده تر از جریان کار طراحی تراشه های معمولی است. طراحان سخت افزار کوانتومی مجبورند در چندین جهان معمولاً بدون اتصال کار کنند ، تراشه های رایانه ای را توسعه دهند و معیار قرار دهند که شامل قطعات فلزی ابررسانا بوده و از قوانین الکترودینامیک کوانتومی (QED) پیروی می کند. این نیاز به مجموعه ای از تکنیک های توسعه و تجزیه و تحلیل بدون آنالوگ کلاسیک دارد. اما اگر بخواهیم در واقع این دستگاه های شگفت انگیز را بسازیم و از آن استفاده کنیم ، باید راهی برای سهولت این فرایند پیدا کنیم.

در ظاهر ، طراحی تراشه کوانتومی باید بسیار شبیه به طراحی هر دستگاه دیگری باشد. مدار مجتمع اما یک مدار یکپارچه معمولی از طریق یک فرآیند جریان طراحی می گذرد که چندین دهه تنظیم شده است. با افزایش تراشه ها در تعداد ترانزیستورها مطابق با قانون مور ، ابزارهای طراحی در نوع خود بالغ شده و خودکار می شوند. امروزه ، مجموعه ای از برنامه ها به طراحان تراشه اجازه می دهد تا به صورت مدولار در مورد مدارهای مجتمع با میلیاردها ترانزیستور فکر کنند ، در فرآیندی که به طور یکپارچه طرح ها را ایجاد و آزمایش می کند ، سپس آنها را به مرحله ساخت منتقل می کند.

کوانتوم هر چند کامپیوترها مانند ریزپردازنده های رایانه ای امروزی نیستند. بیت های کوانتومی بسیار بزرگتر از ترانزیستورها هستند و به مدارهای ابررسانایی پیچیده تری نیاز دارند. نرم افزار اتوماسیون طراحی الکترونیکی به کمک رایانه تنها بخشی از این فرایند پیچیده ساخت را پوشش می دهد و استفاده از این بسته های نرم افزاری برای طراحی رایانه کوانتومی با مانع زیادی برای ورود همراه است.

اگر می خواهیم روزی کامپیوترهای کوانتومی مقیاس و بالغ شدن به همان روشی که کامپیوترهای کلاسیک دارند ، ما باید در مورد ابزارهای اتوماسیون طراحی کوانتومی الکترونیکی (EDA) در نوع خود فکر کنیم. در همین حال ، در جامعه خودمان ، ما می خواهیم مانع نوآوری در دستگاه های کوانتومی را تسریع و کاهش دهیم. بنابراین تیم IBM Quantum شروع به فکر کردن در مورد EDA برای پردازنده کوانتومی می کند و امیدوار است که جامعه نیز در مورد آن فکر کند. امروز در کنفرانس هفته کوانتومی IEEE ، تیم درباره چشم انداز خود برای این پروژه در نوع خود بحث کرد. این پروژه به رهبری فیزیکدان کوانتومی زلاتکو مینف و توسعه با دیگر اعضای تیم IBM Quantum ، برای کسانی طراحی شده است که به طراحی سخت افزار کوانتومی علاقه دارند: مجموعه ای از ابزارهای اتوماسیون طراحی که می تواند برای طراحی و تجزیه و تحلیل دستگاه های ابررسانا با تمرکز بر توانایی استفاده شود. برای ادغام بهترین ابزارها در گردش کار طراح سخت افزار کوانتومی. ما پروژه را Qiskit Metal نامگذاری کردیم.

ما امیدواریم که به عنوان یک جامعه ، بتوانیم فرایند کمی سازی را انجام دهیم-فاصله بین قطعات یک فلز ابررسانا بر روی یک تراشه کوانتومی را با ریاضیات محاسباتی پر کنیم. از فضاهای همیلتونی و هیلبرت - در دسترس هر کسی با ذهن کنجکاو و لپ تاپ است. ما می خواهیم طراحی دستگاه های کوانتومی را به فرایندی ساده تبدیل کنیم که وظایف پر زحمت را همانند طراحی دستگاه های الکترونیکی معمولی به صورت خودکار انجام دهد. مادر حال نوشتن نرم افزاری با بهترین شیوه های داخلی و تکنیک های تجزیه و تحلیل کوانتومی پیشرفته هستند ، همه اینها در حالی که از قدرت ابزارهای متعارف EDA استفاده می کند. هدف از Qiskit Metal این است که امکان مدل سازی سخت افزاری کوانتومی آسان با کاهش خطاهای مربوط به طراحی و افزایش سرعت را فراهم می آورد. Minev ، Thomas McConkey و Jay Gambetta نتایج اولیه ای را به اشتراک می گذارند که نشان دهنده توافق سطح درصد بین تجزیه و تحلیل طراحی و سخت افزار آزمایشی است. این پروژه یک کار هیجان انگیز است که در مراحل اولیه توسعه خود در حال پیشرفت است و ممکن است به مدت طولانی "Qiskit Metal" باقی نماند. امیدواریم بتوانیم جامعه را تشویق کنیم تا در مورد اتوماسیون طراحی رایانه های کوانتومی فکر کند و از متخصصان در زمینه محاسبات کلاسیک برای کمک استفاده کند. بنابراین ، بسیار مهم است که ما این پروژه را منبع باز نگه داریم تا مهندسان در سراسر جهان بتوانند به حل این مشکل فوری کمک کنند.

ما خوشحال هستیم که از جامعه می خواهیم در توسعه Qiskit Metal با ما همکاری نزدیک داشته باشد. از طریق یک برنامه دسترسی سریع ، از ماه نوامبر شروع می شود. برای درخواست دسترسی زودهنگام یا کسب اطلاعات بیشتر ، این پیوند را دنبال کنید.