Nowy komputer kwantowy oparty na świetle osiągnął supremację kwantową

Nowy typ komputera kwantowego dowiódł, że może on również działać.

Fotoniczny komputer kwantowy, który wykorzystuje cząsteczki światła lub fotony, wykonał obliczenia, które są niemożliwe dla konwencjonalnego komputera, donoszą chińscy naukowcy z 3 grudnia w Science. Ten kamień milowy, znany jako supremacja kwantowa [quantum supremacy], został osiągnięty tylko raz, w 2019 roku przez komputer kwantowy Google. Komputer Google’a jest jednak oparty na materiałach nadprzewodzących, a nie na fotonach.

„To pierwsze niezależne potwierdzenie twierdzenia Google, że naprawdę można osiągnąć supremację kwantową” – mówi teoretyk informatyk Scott Aaronson z University of Texas w Austin. “To ekscytujące.”

Nazwany Jiuzhang na cześć starożytnego chińskiego tekstu matematycznego, nowy komputer kwantowy może wykonać obliczenia w 200 sekund, które zajęłyby ponad pół miliarda lat na najszybszym na świecie komputerze niekwantowym lub klasycznym.

„Moje pierwsze wrażenie brzmiało:„wow ”- mówi fizyk kwantowy Fabio Sciarrino z Uniwersytetu Rzymskiego Sapienza.

Urządzenie Google o nazwie Sycamore opiera się na maleńkich kubitach kwantowych wykonanych z materiałów nadprzewodzących, które przewodzą energię bez oporu. Natomiast Jiuzhang składa się ze złożonego zestawu urządzeń optycznych, które przemieszczają fotony wokół. W skład tych urządzeń wchodzą źródła światła, setki dzielników wiązki, dziesiątki luster i 100 detektorów fotonów.

Komputer kwantowy Jiuzhang manipuluje światłem za pomocą złożonego układu urządzeń optycznych. HANSEN ZHONG

Stosując proces zwany próbkowaniem bozonów [boson sampling], Jiuzhang generuje rozkład liczb, który jest niezwykle trudny do odtworzenia dla klasycznego komputera. Oto jak to działa: fotony są najpierw wysyłane do sieci kanałów. Tam każdy foton napotyka serię rozdzielaczy wiązki, z których każdy przesyła foton jednocześnie dwiema ścieżkami, w tak zwanej superpozycji kwantowej. Ścieżki również łączą się ze sobą, a powtarzające się rozszczepianie i łączenie powoduje, że fotony interferują ze sobą zgodnie z zasadami kwantowymi.

Na koniec mierzona jest liczba fotonów w każdym z kanałów wyjściowych sieci. Powtarzany wielokrotnie proces ten tworzy rozkład liczb na podstawie liczby fotonów znalezionych w każdym wyjściu.

W przypadku pracy z dużą liczbą fotonów i wieloma kanałami komputer kwantowy wytworzy rozkład liczb, który jest zbyt złożony, aby klasyczny komputer mógł je obliczyć. W nowym eksperymencie aż 76 fotonów przeszło przez sieć 100 kanałów. W przypadku jednego z najpotężniejszych klasycznych komputerów na świecie, chińskiego superkomputera Sunway TaihuLight, przewidywanie wyników, jakie komputer kwantowy uzyska dla czegokolwiek powyżej około 40 fotonów, było nie do rozwiązania.

Chociaż Google jako pierwszy przełamał barierę supremacji kwantowej, kamieniem milowym nie jest „jednorazowe osiągnięcie” – mówi współautor badania i fizyk kwantowy Chao-Yang Lu z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Hefei. „To ciągła rywalizacja między stale ulepszanym sprzętem kwantowym a stale ulepszaną klasyczną symulacją”. Na przykład po twierdzeniu Google o supremacji kwantowej IBM zaproponował typ obliczeń, który pozwoliłby superkomputerowi wykonać zadanie wykonane przez komputer Google, przynajmniej teoretycznie.

Źródło: Emily Conover

Zdjęcie: YIHAN LUO

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x