تقدم الحوسبة الكمومية الضوئية الضوء المضغوط

الأول من حزيران (يونيو) ، عشرة أجزاء ، إعلان صحفي على تويتر For حاسوب Xanadu's Borealis الكمومي الضوئي يمكن أن يكون ال نموذج بيان صحفي التي تطمح إليها جميع شركات الكم الأخرى. في الموضوع ، قدم الرئيس التنفيذي للشركة:

1 ا تصل إلى ورقة علمية عالية الجودة (مادسن وآخرون ، 2022) مما يدل على النجاح الخاص ؛
2) كيف تقدمهم يقارن لتقنية مماثلة ؛
3) كيف يمكن لعامة الناس استخدامها عليه؛
4) ما هي السلفة مختصرة إلى جملة أو جملتين;
5) يتناول مباشرة بضع قضايا سابقة التي نشأت من مقارنة العتاد الكمومي. في هذه الحالة: "انتحال" و "مشاكل حسابية حقيقية" ؛
6 ا جودة الفيديو، وهو ما يفسر التقدم.

لقد كان بيانًا صحفيًا رائعًا لجودته المختصرة مع التركيز على التكنولوجيا. لنبدأ من البدايه.

الحوسبة الكمومية الضوئية: ما هي؟

تعمل الأجهزة الكمومية الضوئية على مبادئ تشابك مختلفة اختلافًا جوهريًا عن الأجهزة الكمومية القائمة على الدوران. تستند أجهزة الكمبيوتر الكمومية الضوئية الخاصة بـ Xanadu إلى نموذج المتغير المستمر (CV). يوضح الرسم في الشكل 1 من Zachary Vernon في ورشة عمل PfQ 2019 أول اختلاف جوهري. بدلاً من حالات | 1> ، | 0> المنفصلة ، لدينا متغيرات مستمرة لحقل الضوء ، حيث يتم تشفير المعلومات حول السعة والتربيع الطور.

الشكل 1. التين .1 من Zachary Vernon عرضه التقديمي في 2019 ورشة عمل الضوئيات للكميشرح الاختلاف الأساسي.

التحدي الذي تواجهه الكيوبتات الضوئية هو أنها قصيرة العمر. ومع ذلك ، إذا كان أحد يستخدم على أساس القياس (ميغا بايت) الحوسبة الكمومية (QC) بدلاً من بوابة الحوسبة الكمومية ، عندها يمكن للمرء أن يتحايل على الكيوبتات الضوئية قصيرة العمر بشكل طبيعي ، لأن الحسابات تتم على الفور. يصبح الكيوبت قياسًا معينًا في فضاء الطور لتوزيع معين ، وهو ما يسمى ضوء مضغوط or حالة مضغوطة.  الدول المضغوطة الاستفادة من المفاضلة "للضغط" أو تقليل عدم اليقين في قياسات متغير معين ، مع زيادة عدم اليقين في قياس متغير آخر يمكن للباحثين تجاهله. يتم استبدال عقد الكيوبت بحالات مضغوطة. أخذ عينات البوزون الغاوسي (GBS) هو عندما يسحب المرء عينات من توزيع الحالات المضغوطة.

لفهم مفهوم الحوسبة الكمومية المتغيرة المستمرة والقائمة على القياس ، فإن أفضل وصف وجدته كان في موقع YouTube ، حيث قدم Ulrik Lund Andersen من الجامعة التقنية في الدنمارك (DTU) ، في نوفمبر 2021 ، نظرة بصرية ، نقاش عبر الإنترنت: الحوسبة الكمومية الضوئية ذات المتغيرات المستمرة. يخطو حديثه من خلال القياسات ، سطراً بسطر لمصفوفة الحالات المضغوطة من خلال إظهار كيف تتشابك الحالات المضغوطة مع حالات الإدخال ، لتصبح الدول العنقودية. من خلال القياسات على الحالات العنقودية ، يتم التنفيذ البوابات، على سبيل المثال: مجموعة البوابة العالمية كما وصفها Lloyd and Braunstein، 1999 ، في أساسها الكلاسيكي: حساب الكم على المتغيرات المستمرة. ثم يقدم أندرسن الآخر المكونات الرئيسية لبرنامج الكمبيوتر الكمومي الضوئي.

• مقسمات الشعاع؛ هي مرايا شبه عاكسة وطريقة لتشابك عقدتين مختلفتين من حالات الضغط. يشير الإخراج مع الحلقة إلى "الحالة المضغوطة ذات الوضعين" المترابطة والمعروفة أيضًا باسم حالة EPR المتغيرة المستمرة (القفز إلى فيديو Andersen);
• كشف homodyne: مذبذب محلي يوفر طريقة لاختيار التربيع في فضاء الطور للقياس والذي ينتج حالات خرج جديدة ؛
• ثم ، في التسلسل بعد الكشف عن homodyne ، حساسة كاشفات الفوتون لحساب عدد الفوتونات.

الشكل 2. ألقى Ulrik Lund Andersen من الجامعة التقنية في الدنمارك (DTU) ، في نوفمبر 2021 ، محادثة مرئية عبر الإنترنت: الحوسبة الكمومية الضوئية ذات المتغيرات المستمرة.

مع أنظمة وصلات الألياف الضوئية لها ميزة كبيرة. بالنسبة للمسافات التي تزيد عن 1 سم ، تكون الطاقة اللازمة للإرسال قليلاً باستخدام فوتون عبر ألياف أصغر من الطاقة المطلوبة لشحن خط نقل إلكتروني نموذجي 50 أوم يغطي نفس المسافة. (نيلسن وتشوانغ ، 2010 ، ص. 296). يمكنهم أيضًا التقدم في شبكات الألياف الضوئية الموجودة للاتصال.

كيفية قياس الكمبيوتر الكمومي

زانادو نجاحات تكنولوجية جديدة اعرض لنا (مادسن وآخرون ، 2022) كيف يمكن تحسين الحوسبة الكمومية الضوئية وتوسيع نطاقها بشكل كبير:

• جيل الضوء غير الكلاسيكي: مولدات ضوئية مضغوطة على شريحة ؛
• مضاعفة المجال الزمني: الحلقات ، التي تسمح بالوصول إلى أوضاع أكثر تقلصًا للضوء ، دون زيادة النطاق المادي أو تعقيد النظام ؛
• تنفيذ مجموعة البوابة العالمية: قابل للبرمجة (بروملي وآخرون ، 2019);
• التبديل الكهروضوئي السريع: من مقياس التداخل ، يتم إرسال الحالة الغاوسية إلى شجرة تبديل ثنائية من 1 إلى 16 (demux) ، والتي تزيل جزئيًا الإخراج قبل القراءة بواسطة PNRs ؛
• بالإضافة إلى تحسين PNR ، والذي يحتوي على امتداد هدف درجة حرارة الغرفة في رؤيه:
  • تقنية الكشف عالية السرعة عن طريق حل رقم الفوتون (PNR): مصفوفة من كاشفات حل رقم الفوتون (PNR) تعتمد على مستشعرات حافة الانتقال فائقة التوصيل (TES) بكفاءة كشف 95٪ (Arrazola وآخرون ، 2021).

يوضح البروفيسور أندرسون ابتكارًا رئيسيًا: مضاعفة الوقت مع خطوة من خلال الرسوم المتحركة، لتوليد عنقودي ثنائي الأبعاد ، ضوء مضغوط ، باستخدام حلقة في الألياف الضوئية تتأخر بدورة ساعة واحدة بالضبط. ثم تتم مزامنة مسار الضوء بين مقسمات الحزمة. إذا أضفت المزيد من الحلقات ، فسيكون هناك المزيد من التشابك ، وعدد أقل من مقسمات الحزمة الضرورية. هذا يقودني إلى استدلالي على مقياس الكمبيوتر الكمومي الضوئي: "كلما زاد الوقت الذي تستغرقه حلقات مضاعفة الإرسال ، قل الوقت اللازم للتوسع." يوضح الشكل 3 نفس المفهوم من فيديو بيان صحفي Xanadu.

الشكل 3. مفهوم تعدد الإرسال الزمني لزيادة التشابك ، وتقليل عدد مقسمات الحزمة ، ودعم قابلية التوسع بشكل أفضل. انتزاع الإطار من Xanadu بيان صحفي فيديو.

الآن يمكننا أن نفهم بشكل بديهي قابلية التوسع ، عندما نرى إعدادًا للمختبر. أندرسن يحدد المكونات التي هي وليست قابلة للتطوير من الكمبيوتر الكمومي الضوئي لمجموعة DTU الخاصة به ، باستخدام الهندسة المعمارية ، التي نشرتها لارسن وآخرون ، 2021.

مسابقة USTC

يحدد البروفيسور أندرسن أيضًا ، في سؤال وجواب من عرضه ، لماذا مجموعة جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين (USTC): جيوزانج 2.0، لا يمكن تحجيمها. تستخدم مجموعة USTC مساحة حرة ، ضوء مضغوط ، مصادر لها 113 كيوبت فوتونية، وهي: 5 × 5 × 5 سم ، مع مقسمات شعاع مقابلة للتشابك. بالنسبة للحوسبة المتسامحة مع الخطأ ، يحتاج المرء إلى مليون حالة ضوء مضغوط. لذلك ، في حين أن هذا جهد مثير للإعجاب للتفوق الكمي ، فإن هذه البنية ستجعل النظام كبيرًا بشكل كبير.

بعض خرائط طريق الكمبيوتر الكمومي الضوئي

بالإضافة إلى لارسن وآخرون ، 2021أعلاه ، تمت الإشارة إلى خرائط الطريق للحوسبة الكمومية الضوئية جيدًا في المجتمع:

تزايد بائعي ومجموعات أجهزة الكمبيوتر الكمومية الضوئية

البحث. ينمو مجتمع الحوسبة الكمومية الضوئية الدولية مع الصناعة. منذ عام 2012 ، هناك ما يقرب من 850 ورقة بحثية حول تقنية الكم الضوئية في arXiV مع زيادة بنسبة 600 ٪ تقريبًا في العقد الماضي. أسرع زيادة سنوية هي حتى الآن في عام 2022 (حوالي 50٪ تم تعديلها حتى نهاية العام). يتماشى هذا النمو مع النمو (أيضًا ~ 600 ٪) لبقية مجال أبحاث تكنولوجيا الكم خلال العقد.

المشاركة في المؤتمر. يتزايد المجتمع أيضًا ، إذا قارنا الوزن الجغرافي الشمالي الشرقي غير المتكافئ للكيانات من 2019 (35) و 2022  (45) ورشة عمل الضوئيات للكم (PfQ). من المفيد بشكل خاص الانتقال إلى موقع PfQ لعام 2019: لقد سجلوا مقاطع فيديو عرض تقديمي مفيدة مع العروض التقديمية المقابلة.

كيانات ، بعضها لديه براءات اختراع. يعد تتبع نمو براءات الاختراع في براءات الاختراع الكمومية أمرًا صعبًا ، بسبب دقة الكلمات الرئيسية "الضوئية" الخشنة. ومع ذلك ، يمكن تحديد بعض الحاصلين على براءات الاختراع. فيما يلي بعض البائعين والمجموعات في مجال الحوسبة الكمومية الضوئية مع براءات الاختراع المتاحة:

كندا

الولايات المتحدة الأميركية

• كاليفورنيا
• ميشيغان

الصين

ألمانيا

هولندا

الدنمارك

خلفية الحوسبة الكمومية الضوئية

إنه فصل الصيف ، وللحصول على إنهاء خفيف ، أود مشاركة رسوماتي المفضلة من هذا المجال. هذه هي مساحة هيلبرت الملونة ، اللانهائية ، التي أنشأتها بريانا جوبول ، التي كانت متدربة في Xanadu في عام 2018. في مساعدتها المادة المتوسطة حول الكم الفوتوني الأساسي عمليات البوابة؛ إنها تعاملنا بهذه الصورة المرئية الغنية. إنها شاشة سطح المكتب الآن.

عمارة جرابس ، دكتوراه. هو فيزيائي متعدد التخصصات وعالم كواكب ومتواصل علمي ومعلم وخبير في جميع تقنيات الكم.