Forskere hos Xanadu, et canadisk firma med speciale i fotonisk kvanteberegning, hævder at have opnået kvanteberegningsfordele med et eksperiment kørt på deres sky-tilgængelige Borealis-maskine. Udtrykket "kvantefordel" (nogle gange kaldet kvanteoverherredømme) refererer til en situation, hvor en kvantemaskine udfører specifikke beregningsopgaver, som ville være vanskelige for en klassisk computer. Det seneste eksperiment, som involverer at tage målinger, der svarer til at tegne en prøve fra en fordeling, tager Xanadus Borealis 36 mikrosekunder pr. prøve, hvorimod holdet vurderer, at det ville tage 9000 år for verdens hurtigste supercomputer at modellere det samme eksperiment ved hjælp af de bedst kendte algoritmer .
Opgaven i dette eksperiment er et eksempel på Gaussisk bosonsampling (GBS) – en forenklet ramme for optiske kvantecomputere, hvor kvantetilstande af lys sendes gennem et interferometer (et optisk netværk med afstembare parametre, der dikterer, hvordan fotonerne interfererer), før de måles ved udgangene. Dette design er enklere end en universel kvantecomputer, og som Jonathan Lavoie, leder af systemintegrationsteamet hos Xanadu, forklarer, at det har begrænsede applikationer. "Det er vigtigt at understrege, at kvantefordelesmaskiner er bygget med det formål at bevise noget grundlæggende om kraften ved kvantecomputere, ikke nødvendigvis for at løse et øjeblikkeligt 'nyttigt' problem," siger Lavoie. "Sidstnævnte vil sandsynligvis kræve fejltolerance og fejlkorrektion."
Bygger på tidligere resultater med kvantefordele
Tidligere påstande om kvanteberegningsfordele har mødt en vis kontrovers. I 2019, et team hos Google annonceret kvantefordel ved hjælp af superledende (i stedet for fotonisk) teknologi, selvom dette har været diskuteret i samfundet. For nylig lavede forsøgsledere fra University of Science and Technology i Kina lignende krav til to eksperimenter (også udfører GBS) kendt som jiuzhang , Jiuzhang 2.0. Selvom det er en betydelig teknologisk bedrift, yderligere papirer stille spørgsmål om deres resultater. Nicolás Quesada, der ledede projektet sammen med Lavoie og nu er assisterende professor ved Polytechnique Montréal, bemærker, at "der er behov for flere teori- og verifikationsværktøjer." Quesadas arbejde fortsætter med at se på disse verifikationsopgaver.
Borealis adskiller sig fra Jiuzhang på flere måder, herunder størrelse: med 216 forskellige tilstande (forskellige tilgængelige kvantetilstande) repræsenterer Xanadus maskine en betydelig stigning fra den tidligere rekord på 144. Xanadu bruger også et nyt design til GBS, der forsinker fotoner i optiske sløjfer. fiber, før de forstyrrer efterfølgende pulser, hvilket hjælper med at undertrykke fejl og forbedrer skalerbarheden. En særlig præstation af dette seneste arbejde er teknikker implementeret til at stabilisere disse fibre til længder langt under rækkefølgen af lysets bølgelængde, som diskuteret i en blogindlæg udgivet af teamet hos Xanadu.
Den nye opsætning betyder, at ikke alle mulige konfigurationer af GBS kan udføres. "For fotonik har man brug for adgang til et universelt programmerbart interferometer, når man ønsker at kode interessante problemer, der afspejler applikationsinstanser i den virkelige verden, som typisk vil medføre betydelige tab," siger Quesada. "Så det er bestemt en hård udfordring."
Borealis tillader dog fuld programmerbarhed inden for grænserne af den foreslåede struktur, hvorimod tidligere GBS-eksperimenter af denne skala havde faste interaktioner mellem tilstande. Den ekstra fleksibilitet tillades af fremskridt inden for generering af kvantetilstande af lys, detektionshastigheden og hurtig elektro-optisk omskiftning, som ændrer indstillingerne af komponenter, ved hvilke impulser interfererer med en tilstrækkelig høj hastighed til at implementere alle mulige operationer.
Klassiske computere kappes for at indhente kvantefordele
Borealis er unik blandt demonstrationer af kvantefordele, idet offentligheden nu kan få adgang til denne maskine og sende jobs eksternt via Xanadus cloud-tjeneste. Hvorvidt GBS producerer nogen brugbare beregninger ud over en demonstration af kvantefordel, er dog stadig usikkert. Ydermere, som Quesada forklarer, når det kommer til anvendelserne af GBS, er der behov for yderligere forskning for at forstå "om der er klassiske algoritmer, der kan udføre arbejdet godt nok og dermed ophæve behovet for kvantemaskiner". Ikke desto mindre hjælper denne præstation "virkelig med at skabe tillid til, at vores hardwareudvikling og softwarekontrolsystemer er på rette vej til at bygge en fejltolerant fotonisk kvantecomputer i Xanadu," fortæller Lavoie Fysik verden.
