في عام 2023، أطلقت مجموعة من الباحثين في مختبر أوك ريدج الوطني على الحاسوب العملاق ثيتا محاكاة لدائرة كمومية من 61 كيوبت. لتخزين متجه حالتها، كانت ستلزم ذاكرة بحجم 32 إكسابايت، أي أكثر من السعة الإجمالية لجميع الأقراص الصلبة على كوكب الأرض. لكن بفضل ضغط البيانات، تمكنوا من الاكتفاء بـ 768 تيرابايت. هكذا يبدو العمل اليومي لمن يحاولون جعل الآلات التقليدية تعزف الموسيقى الكمومية.

هذه الموسيقى غير مألوفة في بنيتها. البت الكمومي، أو الكيوبت، لا يخزن صفرًا أو واحدًا فقط، بل تراكبًا كموميًا لهما: القيمتان معًا في الوقت نفسه، بأوزان مختلفة. عندما يصبح لدينا كيوبتان، تصبح الحالات أربعًا، وكلها موجودة بالتوازي. ثلاثة كيوبتات تعني ثماني حالات. كل كيوبت جديد يضاعف عدد التوافيق الممكنة، وسرعان ما تبدأ الأوركسترا في عزف كل الألحان الممكنة دفعة واحدة. لكي يصف الحاسوب التقليدي ذلك، عليه أن يحتفظ في ذاكرته بكل نوتة من هذا النوتة اللانهائي.

وجد المهندسون عدة طرق لتخفيف هذا العبء. على وحدات المعالجة المركزية، يتيح ضغط متجه الحالة تخزين الأرقام المهمة فقط، متجاهلين المساهمات شبه الصفرية. على وحدات معالجة الرسوميات، سارعت مكتبة cuQuantum ضغط الشبكات التنسورية، وهي رسوم بيانية من التنسورات تمثل الدائرة الكمومية، حتى 547 مرة مقارنة بالنهج الأساسي. على البوابات المنطقية القابلة للبرمجة، تتيح الحسابات المسبقة للمصفوفات والمعالجة التدفقية تنفيذ العمليات على الأعداد المركبة بكفاءة حتى مع الموارد المحدودة. كل هذه طرق مختلفة لجعل العتاد يعزف أسرع دون أن يفقد اللحن.

حتى وقت قريب، لم يكن واضحًا أي تسريعات العتاد هي الأكثر فعالية وكيفية تنظيمها. الآن أصبح واضحًا: التسريعات الرئيسية تكمن في ضغط البيانات، والدقة المنخفضة، وتحسين الوصول إلى الذاكرة، والتوازي، مع العلم أن اختيار المنصة، سواء كانت CPU أو GPU أو FPGA، يحدد التقنية القابلة للتطبيق. يمكن لمطوري المحاكيات اختيار التحسينات المناسبة مباشرة، ويمكن للباحثين رؤية الاتجاهات الواعدة دون إعادة تحليل الأدبيات.

في المستقبل، هناك نهج هجينة تجمع بين مسرعات مختلفة، وتكييف طرق الضغط من التعلم الآلي. بالفعل اليوم، تساعد هذه التقنيات في اختبار الخوارزميات الكمومية بشكل أسرع دون الوصول إلى آلات كمومية باهظة الثمن، مما يقرب اليوم الذي تعزف فيه الأوركسترا الكمومية الحقيقية بكامل قوتها.