Komputer kwantowy. Urządzenie Jiuzhang jest znacznie szybsze niż superkomputery

Zespół chińskich naukowców ma taki Komputer kwantowy co, zdaniem autorów, świadczy o wyższości kwantów. Zaleta kalkulatora Jiuzhang przejawia się w szybkości obliczeniowej. Według chińskiego zespołu badawczego ich komputer kwantowy potrzebował zaledwie 200 sekund na wykonanie obliczeń, których wykonanie na najszybszym konwencjonalnym komputerze zajęłoby miliony lat.

Natura https://www.nature.com/articles/d41586-020-03434-7

W październiku ubiegłego roku przedstawiciele Google potwierdzili wcześniejsze doniesienia medialne o osiągnięciu supremacji kwantowej. Stworzony przez nich komputer Sycamore wydawał się długo oczekiwanym przełomem w Obliczenia kwantowe być. Inżynierowie Google poinformowali, że ich komputer kwantowy rozwiązał problem w nieco ponad trzy minuty, którego rozwiązanie nawet najlepszym konwencjonalnym maszynom zajęłoby tysiące lat.

Komputery kwantowe mogą znacznie przewyższać konwencjonalne maszyny. Celem jest stworzenie tzw.Supremacja kwantowaKomputer Sycamore osiągnął tę przewagę tylko w bardzo specyficznym przypadku. Eksperyment inżynierów Google polegał na wykonaniu przypadkowych operacji na kubitach i odczytaniu wyniku. Wynikowe zdanie cyfr zakodowanych w systemie binarnym zostało sprawdzone, aby upewnić się, że ich dystrybucja jest naprawdę losowe Obliczenia te nie są szczególnie przydatne, ale mają duży wpływ na moc obliczeniową urządzenia.

Źródło obrazu: Natura https://www.nature.com/articles/d41586-020-03434-7; Hansena Zhonga

jiuzhang

Komputery kwantowe to wciąż nowa dziedzina. Naukowcy na całym świecie pracują nad bardzo różnymi projektami. W "Science" chińscy naukowcy przedstawili informacje o swoim komputerze kwantowym i jego wydajności. Jednak Twój komputer różni się od komputera Google.

Sycamore opiera się na kubitach, czyli bitach kwantowych, które są reprezentowane przez silnie chłodzone materiały nadprzewodzące. Podczas gdy klasyczne komputery wykonują obliczenia na bitach, które mogą mieć jeden z dwóch stanów (zwykle reprezentowanych przez 1 lub 0), bity kwantowe lub kubity mogą istnieć w kilku stanach jednocześnie. To umożliwia im szybsze rozwiązywanie problemów niż klasyczne komputery.

Ale chociaż teorie, które przewidują, że obliczenia kwantowe pokonają te klasyczne obliczenia, istnieją od dziesięcioleci, zbudowanie praktycznych komputerów kwantowych okazało się znacznie trudniejsze.

Naukowcy z Chin stworzyli komputer kwantowy oparty na fotonach. Użyli wiązek laserowych do obliczeń, które były praktycznie niemożliwe na zwykłych komputerach. To właśnie jest znane jako Gaussian Pobieranie próbek bozonu (GBS). Jiuzhang osiągnął w ciągu kilku minut to, co zajęłoby miliony lat na najlepszych istniejących superkomputerach.

Pobieranie próbek bozonu

Problem z próbkowaniem bozonów polega na obliczeniu rozkładu prawdopodobieństwa wielu bozonów - kategorii cząstek elementarnych, w tym fotonów - których fale kwantowe interferują ze sobą, tak że położenie cząstek jest zasadniczo wykreślane. Innymi słowy, chodzi o obliczenie mocy wyjściowej liniowego obwodu optycznego, który ma wiele wejść i wyjść.

Chińscy naukowcy skonstruowali maszynę, w której fotony są wysyłane równolegle z obwodem, a gdy znajdą się w środku, są oddzielane przez dzielniki wiązki lub lustra. Warto zauważyć, że gdy dwa fotony uderzają w ten sam rozdzielacz wiązki w tym samym czasie, obie podążają tą samą drogą. Zadaniem metody próbkowania bozonów jest odgadnięcie rozkładu fotonów na wyjściu - zgadnięcie z konfiguracji fotonów na wejściu do konfiguracji wyjściowej. Konwencjonalne komputery bardzo szybko utkną w ślepym zaułku, próbując obliczyć dystrybucje takiego systemu.

Jiuzhang został zbudowany do obsługi 100 wejść i 100 wyjść za pomocą 300 rozdzielaczy wiązek i 75 luster. Cały system optyczny został ze sobą połączony, aby każdy foton mógł wejść do systemu w dowolnym miejscu i ponownie wyjść w dowolnym momencie.

Komputer Jiuzhang opracowany przez chińskich naukowców znalazł rozwiązanie problemu skanowania bozonu w 200 sekund. Naukowcy oszacowali również, że takie obliczenia na chińskim superkomputerze TaihuLight (obecnie uważanym za trzeci najpotężniejszy superkomputer na świecie) zajęłyby 2,5 miliarda lat.