Raziskovalci v Ljubljani Xanadu, kanadsko podjetje, specializirano za fotonsko kvantno računalništvo, trdi, da je doseglo kvantno računsko prednost z eksperimentom, izvedenim na njihovem računalniku Borealis, dostopnem v oblaku. Izraz »kvantna prednost« (včasih imenovan kvantna premoč) se nanaša na situacijo, v kateri kvantni stroj izvaja posebne računske naloge, ki bi bile za klasični računalnik nerešljive. Najnovejši eksperiment, ki vključuje meritve, ki ustrezajo črpanju vzorca iz porazdelitve, traja 36 mikrosekund Xanadujevega Borealisa na vzorec, medtem ko ekipa ocenjuje, da bi potrebovalo 9000 let, da najhitrejši superračunalnik na svetu modelira isti eksperiment z uporabo najbolj znanih algoritmov. .
Naloga v tem poskusu je primer vzorčenja Gaussovih bozonov (GBS) – poenostavljeno ogrodje za optične kvantne računalnike, v katerih se kvantna stanja svetlobe pošljejo skozi interferometer (optično omrežje z nastavljivimi parametri, ki določajo, kako fotoni motijo), preden se izmerijo. na izhodih. Ta zasnova je preprostejša od univerzalnega kvantnega računalnika in kot Jonathan Lavoie, vodja skupine za sistemsko integracijo pri Xanadu, pojasnjuje, da ima omejene aplikacije. »Pomembno je poudariti, da so stroji kvantne prednosti zgrajeni z namenom dokazati nekaj bistvenega o moči kvantnega računalništva, ne pa nujno za rešitev takojšnjega 'uporabnega' problema,« pravi Lavoie. "Slednje bo verjetno zahtevalo odpornost na napake in odpravljanje napak."
Gradimo na prejšnjih rezultatih kvantne prednosti
Prejšnje trditve o kvantni računalniški prednosti so naletele na nekaj polemik. noter 2019, ekipa pri Googlu napovedano kvantno prednost z uporabo superprevodne (namesto fotonske) tehnologije, čeprav je bila ta razpravljali v skupnosti. Pred kratkim so eksperimentatorji s Kitajske univerze za znanost in tehnologijo naredili podobne trditve za dva poskusa (tudi izvajanje GBS), znana kot jiuzhang in Jiuzhang 2.0. Čeprav gre za pomemben tehnološki dosežek, nadaljnji papirji postavljajo vprašanja o njihovih rezultatih. Nicolás Quesada, ki je vodil projekt skupaj z Lavoiejem in je zdaj docent na Polytechnique Montréal, ugotavlja, da je "potrebnih več teorije in orodij za preverjanje." Quesadino delo še naprej obravnava te naloge preverjanja.
Borealis se od Jiuzhanga razlikuje na več načinov, vključno z velikostjo: z 216 različnimi načini (različna dostopna kvantna stanja) Xanadujev stroj predstavlja znatno povečanje v primerjavi s prejšnjim rekordom 144. Xanadu uporablja tudi novo zasnovo za GBS, ki zakasni fotone v zankah optičnega vlaken, preden motijo naslednje impulze, kar pomaga zatreti napake in izboljša razširljivost. Poseben dosežek tega najnovejšega dela so tehnike, ki se uporabljajo za stabilizacijo teh vlaken na dolžine, ki so daleč pod vrstnim redom valovne dolžine svetlobe, kot je razloženo v blog post objavila ekipa pri Xanadu.
Nova nastavitev pomeni, da ni mogoče izvesti vseh možnih konfiguracij GBS. "Za fotoniko, ko želimo kodirati zanimive težave, ki odražajo primerke aplikacij v resničnem svetu, potrebujemo dostop do univerzalnega programirljivega interferometra, kar bo običajno povzročilo znatne izgube," pravi Quesada. "Torej je to vsekakor težak izziv."
Vendar pa Borealis dovoljuje popolno programabilnost v mejah predlagane strukture, medtem ko so prejšnji poskusi GBS tega obsega imeli fiksne interakcije med načini. Dodatno fleksibilnost omogočajo napredki pri generiranju kvantnih stanj svetlobe, hitrosti detekcije in hitrem elektrooptičnem preklapljanju, ki spreminja nastavitve komponent, pri katerih impulzi interferirajo z dovolj veliko hitrostjo za izvedbo vseh možnih operacij.
Klasični računalniki tekmujejo, da bi dohiteli kvantno prednost
Borealis je edinstven med demonstracijami kvantnih prednosti, saj lahko javnost zdaj dostopa do tega stroja in oddaja delovna mesta na daljavo prek Xanadujeve storitve v oblaku. Vendar pa je še vedno negotovo, ali GBS proizvaja kakšne uporabne izračune, ki presegajo prikaz kvantne prednosti. Poleg tega, kot pojasnjuje Quesada, ko gre za aplikacije GBS, so potrebne nadaljnje raziskave, da bi razumeli, "ali obstajajo klasični algoritmi, ki lahko dovolj dobro opravijo delo in tako izničijo potrebo po kvantnih strojih". Kljub temu ta dosežek "resnično pomaga graditi zaupanje, da sta naš razvoj strojne opreme in sistemi za nadzor programske opreme na pravi poti za izgradnjo fotoničnega kvantnega računalnika, odpornega na napake, v Xanaduju," pravi Lavoie. Svet fizike.
