Quantum Chipは、スーパーコンピューターがPlatoBlockchainデータインテリジェンスに9,000、XNUMX年を費やすタスクを実行するのにマイクロ秒かかります。 垂直検索。 愛。

量子チップは、スーパーコンピューターが9,000、XNUMX年を費やすタスクを実行するのにマイクロ秒かかります

タイムスタンプ：7年2022月10日00:XNUMX AM
量子アドバンテージ フォトン 光ベースのコンピューティング

量子コンピューターは誇大宣伝されていますか？

新しい研究 in 自然 いいえと言います。 カナダのトロントに本拠を置く会社であるXanaduによって開発された巧妙に設計された量子デバイスは、そうでなければ9,000、XNUMX年以上かかるベンチマークタスクで従来のコンピューターを全滅させました。

量子チップBorealisの場合、回答は36以内でした。 マイクロ秒です。

ザナドゥの業績は、クォンタムの力を実証する最新のものです コンピューティング 従来のコンピューターに比べて—一見単純なアイデアは量子アドバンテージと呼ばれています。

理論的には、この概念は理にかなっています。 バイナリビット（0または1）を使用して順番に計算する従来のコンピューターとは異なり、量子デバイスは、0と1の両方が異なる確率で同時に存在する可能性がある量子世界の奇妙さを利用します。 データはキュービットで処理されます。キュービットは、独自の物理特性のおかげで複数の計算を同時に実行する非コミットユニットです。

翻訳？ 量子コンピューターは超効率的なマルチタスカーのようなものですが、従来のコンピューターははるかに線形です。 同じ問題が与えられたとき、量子コンピューターはどんなものでも打ち負かすことができるはずです スーパーコンピュータ 速度と効率の面でどんな問題でも。 「量子超越性」と呼ばれるこのアイデアは、これまでに作られたものとはまったく異なる新世代のコンピューターを推進する原動力となっています。

問題？ 量子超越性を証明することは非常に困難です。 量子デバイスがますます現実世界の問題を解決するために研究室を離れるにつれて、科学者は中間ベンチマークを採用しています。量子アドバンテージは、量子コンピューターがXNUMXつのタスク（任意のタスク）で従来のコンピューターを打ち負かすことができるという考えです。

2019年、Google インターネットを壊した 量子コンピューターの最初の例であるSycamoreを紹介し、従来のスーパーコンピューターの推定200、54年と比較して、10,000キュービットでわずかXNUMX秒で計算問題を解決します。 中国のチーム すぐに、量子計算の利点のXNUMX番目の魅力的なショーケースが続き、マシンはXNUMX億年以上スーパーコンピューターを必要とする答えを吐き出しました。

しかし、重要な問題が残っています。これらの量子デバイスのいずれかが、実用化の準備が整っているかどうかにさえ近いのでしょうか。

抜本的な再設計

コンピュータが物理学に依存していることを忘れがちです。 たとえば、現在のシステムは 電子 巧妙に設計されています チップ それらの機能を実行します。 量子コンピューターは似ていますが、代替の素粒子物理学に依存しています。 量子機械の初期世代は、繊細できらめくシャンデリアのように見えました。 コンパクトなスマートフォンチップと比較すると、絶対にゴージャスですが、完全に実用的でもありません。 ハードウェアは、干渉を減らし、コンピューターの効率を高めるために、厳密に制御された気候（たとえば、絶対零度に近い温度）を必要とすることがよくあります。

量子コンピューティングのコアコンセプトは同じです。量子ビットはデータを重ね合わせて処理します。量子物理学の癖により、0、1、またはその両方を同時にエンコードできます。 このアイデアをサポートするハードウェアは大きく異なります。

たとえば、GoogleのSycamoreは、超電導金属ループを使用しています。これは、強力なEagleを導入したIBMを含む他の大手テクノロジー企業に人気のあるセットアップです。 127量子ビット量子チップ 2021年にはそれはおよそXNUMX分のXNUMXの大きさです。 などの企業からの他のイテレーション ハニーウェル IonQは別のアプローチを採用し、量子コンピューティングの主なソースとしてイオン（XNUMXつまたは複数の電子が除去された原子）を利用しました。

別のアイデアは、光子または光の粒子に依存しています。 それはすでに有用であることが証明されています。たとえば、量子超越性の中国のデモンストレーションでは、フォトニックデバイスを使用しました。 しかし、このアイデアは、主にエンジニアリングとセットアップの難しさのために、実用的なソリューションではなく、量子コンピューティングへの単なる足がかりとしても敬遠されてきました。

フォトニック革命

Xanaduのチームは、否定論者が間違っていることを証明しました。 新しいチップであるBorealisは、計算に超伝導材料やイオンではなく光子を使用するという点で、中国の研究のチップとわずかに似ています。

しかし、それは大きな利点があります：それはプログラム可能です。 「以前の実験は通常、静的ネットワークに依存していました。静的ネットワークでは、製造後に各コンポーネントが固定されます。」 説明 研究に関与していなかった、ブラジルのリオデジャネイロにある連邦フルミネンセ大学のダニエル・ジョスト・ブロド博士。 中国の研究における初期の量子超越性のデモンストレーションでは、静的チップを使用していました。 ただし、Borealisを使用すると、光学要素を「すべて簡単にプログラムできる」ため、使い捨てデバイスではなく、複数の問題を解決できる可能性のある実際のコンピューターになります。 （量子遊び場は クラウドで利用可能 サインアップしたら、誰でも実験して探索できます。）

チップの柔軟性は、独創的な設計の更新、「印象的な制御とスケーリングの可能性を提供する革新的なスキーム」に由来しています。

チームは、という問題に焦点を合わせました ガウスボソンサンプリング、量子コンピューティングの腕前を評価するためのベンチマーク。 このテストは、計算が非常に困難ですが、実際の問題にはあまり影響しません。 ただし、AIのパフォーマンスを測定するためのチェスやGoのように、量子コンピューティングのパフォーマンスを調べるための公平な判断者として機能します。 これは一種の「ゴールドスタンダード」です。「ガウスボソンサンプリングは、従来のコンピューターに対する量子デバイスの利点を実証するために設計されたスキームです」とBrod氏は説明します。

セットアップは、ホラー映画のカーニバルのびっくりハウスのミラーテントのようなものです。 光（および光子）の特殊な状態-面白いことに「スクイーズド状態」—ビームスプリッターのネットワークが埋め込まれたチップにトンネリングされます。 各ビームスプリッターは半反射鏡のように機能します。光がどのように当たるかによって、複数の娘に分割され、一部は反射して、他は通過します。 装置の最後には、光子検出器のアレイがあります。 ビームスプリッターが多いほど、個々の光子が特定の検出器に到達する方法を計算するのが難しくなります。

別の視覚化として：ガラスに包まれたペグをちりばめたボードである豆の機械を想像してみてください。 プレイするには、上部のペグにパックをドロップします。 パックが落ちると、ランダムにさまざまなペグにぶつかり、最終的に番号の付いたスロットに着地します。

ガウスボソンサンプリングは、どの光子がどの検出器スロットに着地するかを検出することを目的として、パックを光子に置き換えます。 量子特性により、結果として生じる可能性のある分布は指数関数的に増大し、スーパーコンピューターの能力を急速に上回ります。 これは優れたベンチマークであるとBrodは説明しました。これは主に、基礎となる物理学を理解しているためです。セットアップでは、数百個の光子でさえスーパーコンピューターに挑戦できることが示唆されています。

挑戦を引き受けて、新しい研究は立派な216キュービットを持つフォトニック量子デバイスを再考しました。 従来の設計とは対照的に、このデバイスは、以前の方向の標準ではなく、到着時間のビンで光子を計算しました。 秘訣は、光子のループを導入して光子を遅延させ、量子計算にとって重要な特定のスポットで干渉できるようにすることでした。

これらの調整により、デバイスが大幅にスリム化されました。 ビームスプリッターの通常の大規模ネットワーク（通常は光子通信に必要）は、光子が相互作用してタスクを計算するために必要なすべての遅延に対応するために、わずかXNUMXつに減らすことができます。 ループ設計は、他のコンポーネントとともに、ビームスプリッターをコンピューターコードの編集のようにハードウェアレベルでリアルタイムに微調整できるという点で「容易にプログラム可能」です。

チームはまた、標準の健全性チェックに合格し、出力データが正しいことを証明しました。

今のところ、量子超越性を確実に示す研究はまれなままです。 従来のコンピュータは、半世紀前倒しでスタートしています。 アルゴリズムが従来のコンピューター、特に強力なAIに焦点を合わせたチップを利用するコンピューターで進化し続けるにつれて、 ニューロモルフィック コンピューティング設計—量子デバイスを容易に上回り、追いつくのに苦労する可能性さえあります。

しかし、それは追跡の楽しみです。 「量子超越性は、単一の性能指数に基づいて明確に定義されたしきい値ではありません。 そして、実験が発展するにつれて、それらをシミュレートする技術も発展します。近い将来、記録的な量子デバイスと古典的なアルゴリズムが交代でトップの座を争うことを期待できます」とBrod氏は述べています。

「それは話の終わりではないかもしれません」と彼は続けました。 しかし、新しい研究は「この種族における量子物理学の飛躍的進歩です」。

画像のクレジット： ゲラルト/24493画像

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