Fotooniline kvantarvuti edendab pigistatavat valgust

1. juuni kümneosaline pressiteade Twitteris eest Xanadu fotooniline kvantarvuti Borealis võib olla the,en pressiteate mall mille poole püüdlevad kõik teised kvantettevõtted. Lõimes andis ettevõtte tegevjuht:

1) a link kvaliteetsele teadustööle (Madsen jt, 2022), mis näitab erilist edu;
2) kuidas nende edasiminek võrdleb sarnasele tehnoloogiale;
3) kuidas üldsus saab kasutada seda;
4) mis on ettemaks taandatuna ühele või kahele lausele;
5) käsitleb otseselt paari minevikuprobleemi mis on ilmnenud kvantriistvara võrdlemisel. Sel juhul: „võltsimine” ja „tõelised arvutusprobleemid”;
6) a kvaliteetset videot, mis selgitab ettemaksu.

See oli tähelepanuväärne pressiteade selle sisutiheda kvaliteedi poolest, keskendudes tehnoloogiale. Alustame algusest.

Fotooniline kvantarvuti: mis see on?

Fotoonilised kvantseadmed töötavad põhimõtteliselt erinevatel takerdumispõhimõtetel kui spin-põhised kvantseadmed. Xanadu fotoonilised kvantarvutid põhinevad pideva muutuja (CV) mudelil. Joonisel 1 olev graafik Zachary Vernonilt PfQ 2019 workshopil selgitab esimest põhimõttelist erinevust. Diskreetsete |1>, |0> olekute asemel on meil valgusvälja pidevad muutujad, kuhu on kodeeritud info amplituudi ja faasikvadratuuri kohta.

Joonis 1. Joonis 1 Zachary Vernonilt tema ettekanne 2019. aasta Photonics for Quantum Workshopis, selgitab põhimõttelist erinevust.

Fotooniliste kubittide väljakutse seisneb selles, et need on lühiajalised. Kui aga keegi kasutab mõõtepõhine (MB) kvantarvuti (QC) asemel väravapõhine kvantarvutus, siis saab lühiajalistest fotoonilistest kubitidest loomulikult mööda hiilida, sest arvutused tehakse kohe. Kubitist saab konkreetne mõõtmine konkreetse jaotuse faasiruumis, mida nimetatakse pigistatud valgus or pigistatud olek.  Pigistatud olekud kasutage kompromissi, et "pigistada" või vähendada antud muutuja mõõtmiste ebakindlust, suurendades samal ajal ebakindlust teise muutuja mõõtmisel, mida teadlased võivad ignoreerida. Kubitisõlmed asendatakse kokkusurutud olekutega. Gaussi bosoni proovivõtt (GBS) on see, kui proovid võetakse pigistatud olekute jaotusest.

Pideva muutujaga mõõtmispõhise kvantandmetöötluse kontseptsiooni mõistmiseks on parim kirjeldus, mille ma olen leidnud YouTube'ist, kus Ulrik Lund Andersen Taani Tehnikaülikoolist (DTU) andis 2021. aasta novembris visuaalselt orienteeritud ülevaate. , Interneti-vestlus: Pidevate muutujatega optiline kvantarvutus. Tema jutt astub läbi pigistatud olekute massiivi mõõtmised rida-realt, näidates, kuidas pigistatud olekud on seotud sisendolekutega, et saada rühmitatud olekud. Kobarate olekute mõõtmiste kaudu teostatakse väravad, näiteks: universaalne väravakomplekt, nagu on kirjeldanud Lloyd ja Braunstein, 1999, nende klassikalises aluses: Kvantarvutus pidevate muutujate kohal. Seejärel tutvustab Andersen teist põhikomponendid fotooniline kvantarvuti.

• tala jagajad; on poolpeegeldavad peeglid ja viis kahe erineva kokkusurutud oleku sõlme põimimiseks. Väljund koos ahelaga tähistab korrelatsiooni "kaherežiimi pigistatav olek", mida tuntakse ka kui pidev muutuv EPR olek (hüpata Anderseni video juurde);
• homodüüni tuvastamine: on lokaalne ostsillaator, mis võimaldab valida mõõtmiseks faasiruumi kvadratuuri ja mis tekitab uusi väljundolekuid;
• siis on homodüüni tuvastamise järgses järjestuses tundlikud footoni detektorid footonite arvu loendamiseks.

Joonis 2. Ulrik Lund Andersen Taani Tehnikaülikoolist (DTU) pidas 2021. aasta novembris visuaalselt orienteeritud veebikõne: Pidevate muutujatega optiline kvantarvutus.

Süsteemid koos kiudoptilised ühendused omavad suurt eelist. Kui vahemaa on > 1 cm, on energia, mis on vajalik biti edastamiseks, kasutades footonit kiu kaudu, väiksem kui energia, mis on vajalik sama vahemaa läbiva tüüpilise 50-oomise elektroonilise ülekandeliini laadimiseks. (Nielsen & Chuang, 2010, lk. 296). Samuti saavad nad sidepidamiseks kasutada olemasolevaid kiudoptilisi võrke.

Fotoonilise kvantarvuti skaleerimine

Xanadu oma uued tehnoloogilised edusammud Näita meile (Madsen jt, 2022) kuidas saab fotoonilise kvantarvutit oluliselt parandada ja skaleerida:

• mitteklassikaline valguse genereerimine: pigistatud valguse generaatorid kiibil;
• aja-domeeni multipleksimine: silmused, mis võimaldavad juurdepääsu rohkemale pigistatud valguse režiimidele, suurendamata süsteemi füüsilist ulatust või keerukust;
• universaalse väravakomplekti rakendamine: programmeeritav (Bromley jt, 2019);
• kiire elektrooptiline lülitus: interferomeetrist saadetakse Gaussi olek 1-16 kahendlülituspuule (demux), mis demultiplekseerib väljundi osaliselt enne PNR-ide lugemist;
• Lisaks on PNR-i täiustus, millel on a toatemperatuuri eesmärk vaates:
  • kiire footonarvude tuvastustehnoloogia (PNR).: hulk footonite arvu lahutavaid (PNR) detektoreid, mis põhinevad ülijuhtivatel siirdeserva anduritel (TES) ja mille tuvastamise efektiivsus on 95%.Arrazola jt, 2021).

Professor Anderson illustreerib peamist uuendust: ajaline multipleksimine koos samm-sammult animatsioon2D, pigistatud valgusega, kobarate genereerimisel, kasutades optilise kiu silmust, mida viivitatakse täpselt ühe taktitsükli võrra. Seejärel sünkroniseeritakse valguse tee kiirjaoturite vahel. Kui lisate rohkem silmuseid, on rohkem takerdumist ja vähem vajalikke kiirte jagajaid. See viib minu fotoonilise kvantarvuti skaleerimise heuristikani: "Mida rohkem aega multipleksimiseks, seda vähem aega kulub skaleerimiseks." Joonis 3 illustreerib sama kontseptsiooni Xanadu pressiteate videost.

Joonis 3. Aja multipleksimise kontseptsioon, mis suurendab takerdumist, vähendab kiirte jagajate arvu ja toetab paremat skaleeritavust. Raam-haarake Xanadu pressiteate video.

Nüüd saame intuitiivselt aru skaleeritavusest, kui näeme labori seadistust. Andersen tuvastab komponendid mis on ja ei ole skaleeritavad tema enda DTU grupi fotoonilise kvantarvuti jaoks, kasutades arhitektuuri, mille avaldas Larsen jt, 2021.

USTC võistlus

Prof Andersen tuvastab ka, aastal Küsimused ja vastused tema esitlusest, miks Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikooli (USTC) grupp: Jiuzhang 2.0, ei saa skaleerida. USTC grupp kasutab oma jaoks vaba ruumi, pigistatud valguse allikaid 113 fotoonilist kubitti, mis on: 5x5x5cm, koos vastavate talade jagajatega põimumiseks. Veataluva andmetöötluse jaoks on vaja ~ ühte miljonit pigistatud valguse olekut. Seega, kuigi see on muljetavaldav kvantülemvõimu püüd, muudaks see arhitektuur süsteemi ülemäära suureks.

Mõned fotoonilise kvantarvuti juhised

Lisaks Larsen jt, 2021ülaltoodud fotoonilise kvantarvutite tegevuskavadele on kogukonnas hästi viidatud:

Kasvavad fotoonikvantarvutite müüjad ja rühmad

Teadusuuringud. Rahvusvaheline fotoonikvantarvutite kogukond koos tööstusega kasvab. Alates 2012. aastast on arXiV-s kokku ligikaudu 850 fotoonilise kvanttehnoloogia uurimistööd, mis on viimase kümnendi jooksul kasvanud ~600%. Seni on kiireim aastane kasv sel 2022. aastal (~50% skaleeritud aasta lõpus). See kasv käib kaasas ülejäänud kvanttehnoloogia uurimisvaldkonna kasvuga (ka ~600%) kümnendi jooksul.

Konverentsil osalemine. Ka kogukond kasvab, kui võrrelda üksuste ebaühtlast geograafilist kirdeosa kaalu 2019 (35) ja 2022  (45) Photonics for Quantum (PfQ) töötuba. Eriti tasub hüpata 2019. aasta PfQ saidile: nad on salvestanud kasulikke esitlusvideoid koos vastavate esitlustega.

Üksused, mõnel on patent. Fotooniliste kvantpatentide patentide kasvu jälgimine on jämeda "fotoonilise" märksõna eraldusvõime tõttu keeruline. Mõned patendivolinikud on siiski tuvastatavad. Siin on mõned saadaolevate patentidega müüjad ja rühmad fotoonilise kvantarvutuse valdkonnas:

Kanada

USA

• California
• Michigan

Hiina

Saksamaa

Holland

Taani

Fotooniline kvantarvuti tapeet

Käes on suvi ja lõpetuseks tahaksin jagada oma lemmikgraafikat sellest valdkonnast. See on värvikas, lõpmatu mõõtmega Hilberti ruum, mille on loonud Brianna Gopaul, kes oli 2018. aastal Xanadus praktikal. Oma abistavas Keskmine artikkel fotoonilise põhikvanti kohta väravaoperatsioonid; ta kohtleb meid selle rikkaliku visuaaliga. See on nüüd minu töölaua ekraan.

Amara Graps, Ph.D. on interdistsiplinaarne füüsik, planetaarteadlane, teadussuhtleja ja koolitaja ning kõigi kvanttehnoloogiate ekspert.