کاهش ۵۱ درصدی اتلاف انرژی کوانتومی با طراحی نوین مدار
یک تیم از محققان گامی در طراحی مدارهای کوانتومی برداشته‌اند که می‌تواند به طور قابل توجهی مصرف انرژی در محاسبات را کاهش دهد.
فناوری‌های پیشرفته محاسباتی با چالش‌های اساسی مانند افزایش نیازهای انرژی در دستگاه‌های پیچیده تر مواجه هستند.
محققان اظهار داشتند: «با افزایش تراکم ساخت طی دهه‌های گذشته، فناوری نیمه هادی به محدودیت‌های شدیدی فشار آورده شده و اتلاف انرژی به یک مشکل عمده تبدیل شده است.»
با این حال، مطالعه جدید تیم جزئیات یک رویکرد نوین را برای به حداقل رساندن از دست رفتن انرژی در محاسبات ارائه داده است.
مطالعه ادعا می‌کند: «طراحی‌های پیشنهادی با روش‌های پیشرفته مقایسه شده و در زمینه هزینه‌ای تحقق بهتر یافته‌اند.»
انتظار می‌رود تا ۵۱ درصد در مصرف انرژی صرفه‌جویی کند و به نیازهای انرژی رو به افزایش محاسبات مدرن پاسخ دهد.
کاهش اتلاف انرژی در حین محاسبات
مطالعه بر اصول اتلاف انرژی در پردازش اطلاعات تمرکز دارد. همانطور که فیزیکدان رالف لندور theorized هر بیت اطلاعاتی که حین محاسبات از دست می‌رود باید حداقل به مقداری گرما تبدیل شود.
این ارتباط بین محاسبه و از دست رفتن انرژی مانعی در توسعه سیستم‌های محاسباتی کارآمدتر ایجاد کرده است.
تیم تحقیقانی، به رهبری وی شی، تلاش‌های خود را بر بهینه‌سازی عملیات ضرب، که یک فرایند اساسی در برنامه‌های محاسباتی متعدد است، متمرکز کردند.
آن‌ها شش نوع بلوک ساختاری جدید مدار، به نام «بلوک‌های معکوس حفظ‌کننده پاریتی» را توسعه دادند.
این بلوک‌ها برای حفظ تمامیت اطلاعات در طول محاسبات طراحی شده‌اند تا خواص ریاضی ورودها و خروج‌ها ثابت بماند.
بیانیه مطبوعاتی توضیح داد: «یک ماژول مدار معکوس گفته می‌شود که حفظ کننده پاریتی است اگر پاریتی ورودها همانند پاریتی خروج‌ها باشد.»
این حفظ اطلاعات به طور مستقیم به مسئله اتلاف انرژی شناسایی شده توسط اصول لندور می‌پردازد.
بهبود کارایی در مدارهای کوانتومی به دست آمد
شبیه‌سازی‌های طراحی‌های جدید مدار نشان دادند که بهبودهای قابل توجهی در کارایی نسبت به روش‌های موجود وجود دارد.
بیانیه مطبوعاتی بیان کرد: «هنگام ارزیابی پیاده‌سازی‌های منطق معکوس جایگزین برای توابع داده شده، پارامترهای معمولی مورد استفاده عبارتند از: (i) تعداد گیگ دروازه‌های معکوس یا شمارش گیگ (GC)، (ii) هزینه کوانتومی (QC)، (iii) تعداد ورودهای ثابت (CI)، و (iv) تعداد خروج‌های اضافی (GO).»
محققان کاهش تقریبی ۲۵ درصدی در هزینه‌های کوانتومی، که یک معیار از پیچیدگی و نیازهای منابع یک مدار کوانتومی است، گزارش دادند.
علاوه بر این، طرح‌ها ۲۱ درصد کاهش در خروجی‌های اضافی و ۵۱ درصد کاهش در تعداد کل گیگ‌های مورد نیاز برای عملیات خاص را به دست آوردند.
کاهش تعداد گیگ‌ها، که اجزای اساسی مدارها هستند، می‌تواند به طور قابل توجهی کارایی کلی را افزایش دهد.
ادغام مدارها در سیستم‌های پیچیده‌تر
در حالی که فناوری ساخت مدارهای منطق کامل معکوس هنوز بالغ نشده است، پیشرفت‌های اخیر در محاسبات کوانتومی باعث افزایش اهمیت چنین طرح‌هایی شده است.
محاسبات کوانتومی، زمینه‌ای با پتانسیل انقلاب در صنایع متعدد، بر اساس اصول مکانیک کوانتومی برای حل مسائلی که فراتر از قابلیت‌های کامپیوترهای کلاسیک است، عمل می‌کند.
توسعه کامپیوترهای کوانتومی کم مصرف می‌تواند تاثیرات عمیقی بر زمینه‌هایی مانند دانش پزشکی، علوم مواد و هوش مصنوعی داشته باشد.
تیم تحقیقاتی قصد دارد این مدارهای ضرب‌کننده بهبود یافته را در سیستم‌های پیچیده‌تری از محاسبات کوانتومی در تحقیقات آینده ادغام کند.
تیم تحقیقاتی concluded: «مطالعات آینده شامل گسترش تلاش‌های فعلی ما برای وارد کردن مدار ضرب‌کننده بر مبنای کوانتوم معکوس پیشنهادی ما در طرح‌های جامع پیچیده سایر سیستم‌های کوانتومی معکوس مشابه خواهد بود.»
