Komputer kuantum optik boleh diprogram sepenuhnya pertama dilancarkan: 7.8 trilion kali lebih berkuasa daripada superkomputer paling berkuasa Fugaku

Superkomputer biasanya digunakan untuk menyelesaikan masalah yang tidak dapat diselesaikan oleh komputer klasik Jadi bagaimana jika kelajuan superkomputer tidak mencukupi? Kini, jenis komputer kuantum fotonik baharu boleh menyelesaikan tugas yang akan mengambil masa superkomputer konvensional lebih daripada 9,000 tahun dalam hanya 36 mikrosaat.

Dipanggil Borealis, komputer kuantum fotonik ini adalah mesin pertama yang mampu menyampaikan kelebihan kuantum kepada orang ramai melalui awan.

Secara teorinya, komputer kuantum mempunyai kelebihan kuantum dan boleh mencari jawapan kepada masalah yang tidak dapat diselesaikan oleh komputer klasik. Kuasa pengkomputeran komputer kuantum meningkat secara eksponen dengan bilangan qubit.

Kedua-dua gergasi teknologi seperti Google, IBM, Amazon dan syarikat pemula seperti IonQ bergantung pada qubit berdasarkan litar superkonduktor atau perangkap ion. Satu kelemahan kepada kaedah ini ialah semuanya memerlukan suhu yang sangat rendah kerana haba boleh memusnahkan qubit, dan sistem untuk mengawal suhu rendah adalah sangat mahal.

Sebaliknya, komputer kuantum yang menggunakan qubit foton pada dasarnya boleh beroperasi pada suhu bilik dan boleh disepadukan dengan mudah ke dalam sistem telekomunikasi berasaskan gentian sedia ada, yang berpotensi membantu Menyambungkan komputer kuantum ke rangkaian berkuasa dan juga kepada internet kuantum.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, komputer kuantum seperti Sycamore dan Jiuzhang telah dilancarkan satu demi satu. Antaranya, Jiuzhang-2 ialah prototaip pengkomputeran kuantum berasaskan foton yang dibangunkan oleh Universiti Sains dan Teknologi China Mengenai masalah persampelan Gaussian Bose, kelajuan pemprosesan Jiuzhang-2 adalah berbilion-bilion kali (10 hingga kuasa ke-24). lebih pantas daripada superkomputer terpantas.

Kelemahan utama Sembilan Bab Dua ialah ia bergantung pada cermin dan kanta pemantul tetap. Oleh itu, ia tidak boleh diprogramkan, yang mengehadkan aplikasi keseluruhannya.

Kini, dalam kajian baharu, "Keunggulan Pengkomputeran Kuantum Pemproses Fotonik Boleh Aturcara," pemula pengkomputeran kuantum yang berpangkalan di Toronto Xanadu telah melancarkan peranti serba baharu, Borealis, yang mungkin Ia adalah pertama komputer kuantum fotonik boleh diprogramkan sepenuhnya. Penyelidikan ini secara rasmi diterbitkan dalam jurnal Nature pada 1 Jun.

Pautan kertas: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04725-x. pdf

"Borealis ialah mesin pertama dengan kelebihan pengkomputeran kuantum tersedia secara terbuka kepada sesiapa sahaja yang mempunyai sambungan internet," kata pengarang kanan kajian itu, Pengarah Pasukan Integrasi Sistem Xanadu Jonathan Lavoie berkata

Dalam Borealis, qubit terdiri daripada apa yang dipanggil "keadaan terperah", yang terdiri daripada superposisi berbilang foton dalam denyutan cahaya. Disebabkan sifat surreal fizik kuantum, qubit tradisional boleh wujud dalam keadaan yang dipanggil superposisi, di mana ia boleh mewakili 0 atau 1 data, manakala keadaan terhimpit boleh wujud dalam keadaan 0, 1, 2, 3 atau lebih wujud.

Borealis mampu menghasilkan jujukan sehingga 216 denyutan cahaya termampat. "Adalah penting untuk menyedari bahawa Borealis tidak bersamaan dengan peranti 216-qubit konvensional. Kerana ia menggunakan qubit dalam keadaan termampat, ia mengendalikan tugas kuantum yang berbeza daripada peranti berdasarkan qubit litar superkonduktor atau perangkap ion," kata Lavoie.

GBS berdimensi tinggi daripada pemproses fotonik yang boleh diprogramkan sepenuhnya.

Dalam eksperimen, penyelidik menguji Borealis dalam tugas yang dipanggil Gaussian Boson Sampling, menggunakan mesin untuk menganalisis tampung data rawak. Persampelan boson Gaussian boleh mempunyai banyak aplikasi praktikal, seperti mengenal pasti molekul mana yang paling sesuai antara satu sama lain.

Dalam kerja sebelumnya, Jiuzhang-2 mengesan sehingga 113 foton dalam 144 denyutan cahaya mampat. Dalam kerja ini, Borealis mengesan sehingga 219 foton dalam urutan denyutan cahaya termampat, berbanding dengan 125 biasa. Secara keseluruhannya, saintis menganggarkan bahawa

Borealis boleh melakukan pensampelan boson Gaussian 7.8 trilion kali lebih pantas daripada Fugaku, superkomputer konvensional terpantas di dunia pada 2021

.

Satu kemajuan utama Borealis ialah penggunaan pengesan penyelesaian nombor foton. Mesin sebelumnya menggunakan pengesan ambang yang direka untuk membezakan hanya antara "tiada foton dikesan" dan "sekurang-kurangnya satu foton dikesan." Lavoie berkata saiz masalah pengiraan yang boleh diselesaikan oleh komputer kuantum fotonik meningkat secara eksponen dengan bilangan foton yang dapat dikesan, jadi pengesan diselesaikan dengan nombor foton membolehkan Borealis berjalan lebih pantas daripada komputer kuantum fotonik sebelumnya Lebih daripada 50 juta kali . Xanadu menjadikan Borealis tersedia kepada semua orang melalui awan. "Kami juga bekerjasama dengan rakan kongsi untuk menjadikannya lebih meluas," kata Lavoie. "Kami berharap ketersediaan awamnya akan memberi inspirasi kepada lebih banyak penyelidikan tentang kelebihan kuantum dan persampelan boson Gaussian secara umum

Lavoie berkata bahawa penyelidikan masa depan tentang Xanadu akan tertumpu sepenuhnya pada mencapai Ralat pembetulan dan toleransi kesalahan akhirnya untuk menyelesaikan masalah yang paling berharga dalam pengkomputeran kuantum. Banyak teknologi dan pengajaran yang dipelajari semasa membina Borealis akan dimasukkan ke dalam seni bina [model masa depan].

Atas ialah kandungan terperinci Komputer kuantum optik boleh diprogram sepenuhnya pertama dilancarkan: 7.8 trilion kali lebih berkuasa daripada superkomputer paling berkuasa Fugaku. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!