Periset di Xanadu, sebuah perusahaan Kanada yang berspesialisasi dalam komputasi kuantum fotonik, mengklaim telah mencapai keunggulan komputasi kuantum dengan eksperimen yang dijalankan pada mesin Borealis mereka yang dapat diakses cloud. Istilah "keuntungan kuantum" (kadang-kadang disebut supremasi kuantum) mengacu pada situasi di mana mesin kuantum melakukan tugas-tugas komputasi tertentu yang akan sulit untuk komputer klasik. Eksperimen terbaru, yang melibatkan pengambilan pengukuran yang sesuai dengan pengambilan sampel dari suatu distribusi, membutuhkan Borealis Xanadu 36 mikrodetik per sampel, sedangkan tim memperkirakan akan membutuhkan waktu 9000 tahun bagi superkomputer tercepat di dunia untuk memodelkan eksperimen yang sama menggunakan algoritme paling terkenal. .
Tugas dalam eksperimen ini adalah contoh Gaussian boson sampling (GBS) – kerangka kerja yang disederhanakan untuk komputer kuantum optik di mana keadaan kuantum cahaya dikirim melalui interferometer (jaringan optik dengan parameter yang dapat diatur yang menentukan bagaimana foton berinterferensi) sebelum diukur pada output. Desain ini lebih sederhana daripada komputer kuantum universal, dan sebagai Jonathan Lavoie, pemimpin tim integrasi sistem di Xanadu, menjelaskan, pihaknya telah membatasi aplikasi. “Penting untuk ditekankan bahwa mesin keunggulan kuantum dibangun dengan tujuan untuk membuktikan sesuatu yang mendasar tentang kekuatan komputasi kuantum, tidak harus memecahkan masalah 'berguna' langsung,” kata Lavoie. “Yang terakhir kemungkinan akan membutuhkan toleransi kesalahan dan koreksi kesalahan.”
Membangun hasil keuntungan kuantum sebelumnya
Klaim keuntungan komputasi kuantum sebelumnya telah bertemu dengan beberapa kontroversi. Di 2019, tim di Google keuntungan kuantum yang diumumkan menggunakan teknologi superkonduktor (bukan fotonik), meskipun ini telah diperdebatkan di masyarakat. Baru-baru ini, peneliti dari Universitas Sains dan Teknologi China membuat klaim serupa untuk dua percobaan (juga melakukan GBS) yang dikenal sebagai jiuzhang dan Jiuzhang 2.0. Meskipun pencapaian teknologi yang cukup besar, makalah lebih lanjut mengajukan pertanyaan tentang hasil mereka. Nicolas Quesada, yang memimpin proyek bersama Lavoie dan sekarang menjadi asisten profesor di Polytechnique Montréal, mencatat bahwa “lebih banyak alat teori dan verifikasi diperlukan.” Pekerjaan Quesada terus melihat tugas verifikasi ini.
Borealis berbeda dari Jiuzhang dalam beberapa hal, termasuk ukuran: dengan 216 mode berbeda (keadaan kuantum yang dapat diakses berbeda), mesin Xanadu menunjukkan peningkatan yang signifikan dari rekor sebelumnya 144. Xanadu juga menggunakan desain baru untuk GBS yang menunda foton dalam loop optik. serat sebelum mereka mengganggu pulsa berikutnya, yang membantu menekan kesalahan dan meningkatkan skalabilitas. Salah satu pencapaian khusus dari karya terbaru ini adalah teknik yang diterapkan untuk menstabilkan serat-serat ini hingga panjangnya jauh di bawah urutan panjang gelombang cahaya, seperti yang dibahas dalam sebuah posting blog diterbitkan oleh tim di Xanadu.
Pengaturan baru berarti bahwa tidak semua kemungkinan konfigurasi GBS dapat dilakukan. “Untuk fotonik, ketika seseorang ingin mengkodekan masalah menarik yang mencerminkan contoh aplikasi dunia nyata, seseorang memerlukan akses ke interferometer universal yang dapat diprogram, yang biasanya akan menyebabkan kerugian yang signifikan,” kata Quesada. “Jadi ini jelas merupakan tantangan yang sulit.”
Borealis, bagaimanapun, memungkinkan programabilitas penuh dalam batas-batas struktur yang diusulkan, sedangkan eksperimen GBS sebelumnya dari skala ini memiliki interaksi tetap antara mode. Fleksibilitas tambahan diizinkan oleh kemajuan dalam menghasilkan keadaan kuantum cahaya, tingkat deteksi, dan switching elektro-optik cepat, yang mengubah pengaturan komponen di mana pulsa mengganggu pada kecepatan yang cukup tinggi untuk menerapkan semua operasi yang mungkin.
Komputer klasik berlomba mengejar keunggulan kuantum
Borealis unik di antara demonstrasi keunggulan kuantum karena publik sekarang dapat mengakses mesin ini dan mengirimkan pekerjaan dari jarak jauh melalui layanan cloud Xanadu. Apakah GBS menghasilkan perhitungan yang berguna di luar demonstrasi keunggulan kuantum, bagaimanapun, masih belum pasti. Lebih lanjut, seperti yang dijelaskan Quesada, dalam hal aplikasi GBS, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk memahami “apakah ada algoritme klasik yang dapat melakukan pekerjaan dengan cukup baik sehingga meniadakan kebutuhan akan mesin kuantum”. Meskipun demikian, pencapaian ini "benar-benar membantu membangun kepercayaan bahwa pengembangan perangkat keras dan sistem kontrol perangkat lunak kami berada di jalur yang benar untuk membangun komputer kuantum fotonik yang toleran terhadap kesalahan di Xanadu," kata Lavoie Dunia Fisika.
