Cercetători la Xanadu, o companie canadiană specializată în calculul cuantic fotonic, susține că a obținut un avantaj computațional cuantic printr-un experiment rulat pe mașina lor Borealis accesibilă în cloud. Termenul „avantaj cuantic” (numit uneori supremație cuantică) se referă la o situație în care o mașină cuantică îndeplinește sarcini de calcul specifice care ar fi insolubile pentru un computer clasic. Cel mai recent experiment, care implică luarea de măsurători care corespund extragerii unui eșantion dintr-o distribuție, durează Borealis-ul lui Xanadu 36 de microsecunde per probă, în timp ce echipa estimează că ar dura 9000 de ani pentru ca cel mai rapid supercomputer din lume să modeleze același experiment folosind cei mai cunoscuți algoritmi. .
Sarcina din acest experiment este un exemplu de eșantionare a bosonilor gaussiani (GBS) – un cadru simplificat pentru calculatoare cuantice optice în care stările cuantice ale luminii sunt trimise printr-un interferometru (o rețea optică cu parametri reglabili care dictează modul în care fotonii interferează) înainte de a fi măsurate. la iesiri. Acest design este mai simplu decât un computer cuantic universal și ca Jonathan Lavoie, liderul echipei de integrare a sistemelor la Xanadu, explică, are aplicații restricționate. „Este important să subliniem că mașinile cu avantaje cuantice sunt construite cu scopul de a dovedi ceva fundamental despre puterea calculului cuantic, nu neapărat pentru a rezolva o problemă imediată „utilă”,” spune Lavoie. „Cel din urmă va necesita probabil toleranță la erori și corectarea erorilor.”
Pe baza rezultatelor anterioare ale avantajului cuantic
Afirmațiile anterioare privind avantajul computațional cuantic s-au confruntat cu unele controverse. În 2019, o echipă de la Google avantaj cuantic anunțat folosind tehnologia supraconductoare (în loc de fotonică), deși acest lucru a fost dezbătute în cadrul comunității. Mai recent, experimentatorii de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China au făcut pretenții similare pentru două experimente (care efectuează și GBS) cunoscute ca jiuzhang și Jiuzhang 2.0. Deși o realizare tehnologică considerabilă, alte documente ridică întrebări cu privire la rezultatele lor. Nicolás Quesada, care a condus proiectul alături de Lavoie și acum este profesor asistent la Polytechnique Montréal, observă că „este nevoie de mai multă teorie și instrumente de verificare”. Munca lui Quesada continuă să se uite la aceste sarcini de verificare.
Borealis diferă de Jiuzhang în mai multe moduri, inclusiv în dimensiune: cu 216 moduri distincte (diferite stări cuantice accesibile), mașina lui Xanadu reprezintă o creștere semnificativă față de recordul anterior de 144. Xanadu folosește și un nou design pentru GBS care întârzie fotonii în buclele optice. fibra înainte de a interfera cu impulsurile ulterioare, ceea ce ajută la suprimarea erorilor și îmbunătățește scalabilitatea. O realizare deosebită a acestei ultime lucrări este tehnicile implementate pentru a stabiliza aceste fibre la lungimi mult sub ordinul lungimii de undă a luminii, așa cum sa discutat într-un blog publicat de echipa de la Xanadu.
Noua configurare înseamnă că nu pot fi efectuate toate configurațiile posibile ale GBS. „Pentru fotonică, atunci când se dorește să codifice probleme interesante care reflectă aplicațiile din lumea reală, ai nevoie de acces la un interferometru programabil universal, care va implica de obicei pierderi semnificative”, spune Quesada. „Deci aceasta este cu siguranță o provocare grea.”
Cu toate acestea, Borealis permite programabilitate deplină în limitele structurii propuse, în timp ce experimentele GBS anterioare de această scară au avut interacțiuni fixe între moduri. Flexibilitatea suplimentară este permisă de progresele în generarea stărilor cuantice de lumină, rata de detectare și comutarea electro-optică rapidă, care modifică setările componentelor la care impulsurile interferează la o viteză suficient de mare pentru a implementa toate operațiunile posibile.
Calculatoarele clasice se întrec pentru a ajunge din urmă cu avantajul cuantic
Borealis este unic printre demonstrațiile de avantaj cuantic prin faptul că publicul poate acum accesa această mașină și poate trimite joburi de la distanță prin serviciul cloud Xanadu. Cu toate acestea, este încă incert dacă GBS produce calcule utile dincolo de o demonstrație a avantajului cuantic. În plus, după cum explică Quesada, când vine vorba de aplicațiile GBS, sunt necesare cercetări suplimentare pentru a înțelege „dacă există algoritmi clasici care pot face treaba suficient de bine, anulând astfel nevoia de mașini cuantice”. Cu toate acestea, această realizare „ajută cu adevărat la construirea încrederii că dezvoltarea hardware și sistemele noastre de control software sunt pe drumul cel bun pentru a construi un computer cuantic fotonic tolerant la erori la Xanadu”, spune Lavoie. Lumea fizicii.
