Исследователи Xanadu, канадская компания, специализирующаяся на фотонных квантовых вычислениях, утверждает, что добилась преимущества в квантовых вычислениях, проведя эксперимент на своей облачной машине Borealis. Термин «квантовое преимущество» (иногда называемый квантовым превосходством) относится к ситуации, в которой квантовая машина выполняет определенные вычислительные задачи, которые были бы неразрешимы для классического компьютера. Последний эксперимент, который включает в себя проведение измерений, соответствующих извлечению выборки из распределения, занимает у Xanadu Borealis 36 микросекунд на выборку, тогда как, по оценкам команды, самому быстрому в мире суперкомпьютеру потребуется 9000 лет, чтобы смоделировать тот же эксперимент с использованием самых известных алгоритмов. .
Задача в этом эксперименте является примером выборки гауссовых бозонов (GBS) — упрощенной структуры для оптических квантовых компьютеров, в которой квантовые состояния света отправляются через интерферометр (оптическую сеть с настраиваемыми параметрами, определяющими интерференцию фотонов) перед измерением. на выходах. Эта конструкция проще, чем универсальный квантовый компьютер, и, как Джонатан Лавуа, руководитель группы системной интеграции в Xanadu, объясняет, что у него ограниченное количество приложений. «Важно подчеркнуть, что машины с квантовым преимуществом создаются с целью доказать что-то фундаментальное в отношении мощности квантовых вычислений, а не обязательно решать сиюминутную «полезную» проблему», — говорит Лавуа. «Последнее, вероятно, потребует отказоустойчивости и исправления ошибок».
Основываясь на предыдущих результатах квантового преимущества
Предыдущие заявления о преимуществах квантовых вычислений вызвали некоторые споры. В 2019, команда Google объявленное квантовое преимущество используя сверхпроводящую (вместо фотонной) технологию, хотя это было обсуждалось в сообществе. Совсем недавно экспериментаторы из Университета науки и технологий Китая сделали аналогичные претензии для двух экспериментов (также выполняющих GBS), известных как Цзючжан и Цзючжан 2.0. Несмотря на значительное технологическое достижение, дополнительные документы вызывают вопросы об их результатах. Николас Кесада, который руководил проектом вместе с Лавуа, а сейчас является доцентом Политехнического института Монреаля, отмечает, что «необходимо больше теории и инструментов проверки». Работа Кесады продолжает рассматривать эти задачи проверки.
Borealis отличается от Jiuzhang по нескольким параметрам, в том числе по размеру: с 216 различными режимами (различными доступными квантовыми состояниями) машина Ксанаду представляет собой значительное увеличение по сравнению с предыдущим рекордом в 144. Ксанаду также использует новую конструкцию для GBS, которая задерживает фотоны в петлях оптического излучения. волокно, прежде чем они будут мешать последующим импульсам, что помогает подавить ошибки и улучшить масштабируемость. Одним из конкретных достижений этой последней работы являются методы, реализованные для стабилизации этих волокон до длин, намного меньших порядка длины волны света, как обсуждалось в блоге опубликовано командой Xanadu.
Новая настройка означает, что не все возможные конфигурации GBS могут быть выполнены. «Для фотоники, когда кто-то хочет кодировать интересные задачи, отражающие экземпляры реальных приложений, нужен доступ к универсальному программируемому интерферометру, который обычно влечет за собой значительные потери», — говорит Кесада. «Так что это определенно сложная задача».
Однако Borealis допускает полную программируемость в пределах предложенной структуры, тогда как предыдущие эксперименты GBS такого масштаба имели фиксированные взаимодействия между режимами. Дополнительную гибкость обеспечивают достижения в генерации квантовых состояний света, скорость обнаружения и быстрое электрооптическое переключение, которое изменяет настройки компонентов, при которых импульсы интерферируют с достаточно высокой скоростью для реализации всех возможных операций.
Классические компьютеры стремятся догнать квантовое преимущество
Borealis уникален среди демонстраций квантовых преимуществ тем, что теперь общественность может получить доступ к этой машине и удаленно отправлять задания через облачный сервис Xanadu. Однако пока неясно, производит ли GBS какие-либо полезные вычисления, кроме демонстрации квантового преимущества. Кроме того, как объясняет Кесада, когда дело доходит до приложений GBS, необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять, «существуют ли классические алгоритмы, которые могут выполнять эту работу достаточно хорошо, что сводит на нет потребность в квантовых машинах». Тем не менее, это достижение «действительно помогает укрепить уверенность в том, что наши системы разработки оборудования и программного обеспечения находятся на правильном пути для создания отказоустойчивого фотонного квантового компьютера в Ксанаду», — говорит Лавуа. Мир физики.
