Fotonik Kuantum Hesaplama, Sıkıştırılmış Işıkta İlerliyor

1 Haziran, on bölüm, Twitter'da basın duyurusu için Xanadu'nun Borealis fotonik kuantum bilgisayarı olabilir the basın bülteni şablonu diğer tüm kuantum şirketlerinin arzuladığı şey. Konuda şirketin CEO'su şunları söyledi:

1) bir Yüksek kaliteli bir bilimsel makaleye bağlantı (Madsen ve diğerleri, 2022) özel başarıyı gösteren;
2) nasıl ilerlemeleri karşılaştırır benzer teknolojiye;
3) nasıl genel halk kullanabilir o;
4) avans nedir bir veya iki cümleye indirgenmiş;
5) geçmişteki birkaç konuyu doğrudan ele alıyor kuantum donanımının karşılaştırılması sonucunda ortaya çıkmıştır. Bu durumda: 'sahtekarlık' ve 'gerçek hesaplama sorunları';
6) bir kaliteli videoBu da ilerlemeyi açıklıyor.

Teknolojiye odaklanan kısa ve öz kalitesi nedeniyle dikkate değer bir basın bülteniydi. En baştan başlayalım.

Fotonik Kuantum Hesaplama: Nedir?

Fotonik kuantum cihazları, spin tabanlı kuantum cihazlarından temel olarak farklı dolaşıklık prensipleriyle çalışır. Xanadu'nun fotonik kuantum bilgisayarları sürekli değişken (CV) modelini temel alıyor. Şekil 1'de PfQ 2019 Çalıştayındaki Zachary Vernon'dan alınan grafik ilk temel farkı açıklıyor. Ayrık |1>, |0> durumları yerine, genlik ve faz karelemesi hakkındaki bilgilerin kodlandığı ışık alanının sürekli değişkenleri var.

Şekil 1. Şekil 1, Zachary Vernon'dan 2019 Kuantum için Fotonik Atölyesi'ndeki sunumu, temel farkı açıklıyor.

Fotonik kübitlerin sorunu kısa ömürlü olmalarıdır. Ancak eğer biri kullanırsa ölçüm tabanlı (MB) yerine kuantum hesaplama (QC) kapı tabanlı Kuantum hesaplama sayesinde kısa ömürlü fotonik kubitler doğal olarak atlatılabilir çünkü hesaplamalar anında gerçekleştirilir. Kübit, belirli bir dağılımın faz uzayında belirli bir ölçüm haline gelir. sıkılmış ışık or sıkıştırılmış durum.  Sıkıştırılmış durumlar Araştırmacıların göz ardı edebileceği başka bir değişkenin ölçümündeki belirsizliği arttırırken, belirli bir değişkenin ölçümlerindeki belirsizliği "sıkıştırmak" veya azaltmak için bu ödünleşimden yararlanın. Kübit düğümlerinin yerini sıkıştırılmış durumlar alır. Gauss bozonu örneklemesi (GBS) sıkıştırılmış durumların dağılımından örnekler çekildiği zamandır.

Sürekli değişken, ölçüm tabanlı kuantum hesaplama kavramını kavramak için bulduğum en iyi açıklama, Kasım 2021'de Danimarka Teknik Üniversitesi'nden (DTU) Ulrik Lund Andersen'ın görsel odaklı bir sunum yaptığı YouTube'dadır. , çevrimiçi konuşma: Sürekli değişkenlerle optik kuantum hesaplama. Konuşması, sıkıştırılmış durumların giriş durumlarına nasıl karıştığını göstererek, sıkıştırılmış durumlar dizisinin satır satır ölçümlerini adım adım gerçekleştiriyor. kümelenmiş durumlar. Kümelenmiş durumlar üzerindeki ölçümler yoluyla, kişi yürütülür kapıları, örneğin: Lloyd ve Braunstein, 1999 tarafından klasik temellerinde tanımlandığı şekliyle evrensel kapı seti: Sürekli değişkenler üzerinden kuantum hesaplama. Andersen daha sonra diğerini tanıtıyor temel bileşenleri fotonik kuantum bilgisayarı.

• ışın ayırıcılar; yarı yansıtıcı aynalardır ve iki farklı sıkıştırılmış durum düğümünü dolaştırmanın yoludur. Döngünün çıktısı, aynı zamanda şu şekilde bilinen ilişkili "iki modlu sıkıştırılmış durumu" ifade eder: sürekli değişken EPR durumu (Andersen'ın videosuna git);
• homodin tespiti: Ölçülecek faz uzayındaki kareselliği seçmenin bir yolunu sağlayan ve yeni çıkış durumları üreten yerel bir osilatördür;
• daha sonra homodin tespitinden sonraki sırada hassastır foton dedektörleri foton sayısını saymak için.

Şekil 2. Danimarka Teknik Üniversitesi'nden (DTU) Ulrik Lund Andersen, Kasım 2021'de görsel odaklı, çevrimiçi bir konuşma yaptı: Sürekli değişkenlerle optik kuantum hesaplama.

Sistemler fiber optik bağlantılar büyük bir avantaja sahip. 1 cm'den büyük mesafeler için, fiber üzerinden bir foton kullanarak bir bit iletmek için gereken enerji, aynı mesafeyi kapsayan tipik bir 50 ohm'luk elektronik iletim hattını şarj etmek için gereken enerjiden daha küçüktür. (Nielsen ve Chuang, 2010, s. 296). Ayrıca iletişim için mevcut fiber optik ağlardan da faydalanabilirler.

Fotonik Kuantum Bilgisayarı Nasıl Ölçeklendirilir?

Xanadu'nun yeni teknolojik başarılar bize göster (Madsen ve diğerleri, 2022) fotonik kuantum hesaplamanın nasıl önemli ölçüde geliştirilebileceği ve ölçeklendirilebileceği:

• klasik olmayan ışık üretimi: çip üzerinde sıkıştırılmış ışık üreteçleri;
• zaman alanı çoğullaması: sistemin fiziksel kapsamını veya karmaşıklığını arttırmadan, daha sıkışık ışık modlarına erişime izin veren döngüler;
• evrensel kapı seti uygulaması: programlanabilir (Bromley ve diğerleri, 2019);
• hızlı elektro-optik anahtarlama: interferometreden, Gauss durumu 1'den 16'ya kadar ikili anahtar ağacına (demux) gönderilir; bu, PNR'ler tarafından okunmadan önce çıkışın çoğulluğunu kısmen çözer;
• Artı, bir PNR iyileştirmesi oda sıcaklığı hedefi görünümünde:
  • yüksek hızlı, foton sayısı çözümleyici (PNR) algılama teknolojisi: %95 algılama verimliliğine sahip süper iletken geçiş kenarı sensörlerine (TES) dayalı bir dizi foton sayısı çözümleyici (PNR) dedektör (Arrazola ve diğerleri, 2021).

Profesör Anderson önemli bir yeniliği örnekliyor: zaman çoğullama Birlikte adım adım animasyonOptik fiberde tam olarak bir saat döngüsü kadar geciktirilen bir döngü kullanan 2 boyutlu, sıkıştırılmış ışıklı küme oluşturma yöntemi. Işık yolu daha sonra ışın ayırıcılar arasında senkronize edilir. Daha fazla döngü eklerseniz, daha fazla dolaşma olur ve daha az gerekli ışın bölücü olur. Bu benim fotonik kuantum bilgisayar ölçeklendirme buluşsal yöntemime yol açıyor: "Ne kadar çok zaman çoğullama döngüsü olursa, ölçeklendirmek için o kadar az zaman gerekir." Şekil 3, Xanadu basın bülteni videosundaki aynı konsepti göstermektedir.

Şekil 3. Dolaşmayı artırmak, ışın bölücülerin sayısını azaltmak ve daha iyi ölçeklenebilirliği desteklemek için zaman çoğullama konsepti. Çerçeve yakalama Xanadu basın bülteni videosu.

Artık bir laboratuvar kurulumu gördüğümüzde ölçeklenebilirliği sezgisel olarak anlayabiliyoruz. Andersen bileşenleri tanımlar tarafından yayınlanan mimariyi kullanarak, kendi DTU grubunun fotonik kuantum bilgisayarının ölçeklenebilir ve ölçeklenebilir değildir. Larsen ve diğerleri, 2021.

USTC Yarışması

Prof. Andersen ayrıca şunu da belirtiyor: Soru-Cevap sunumundan, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (USTC) grubunun neden: Jiuzhang 2.0, ölçeklenemiyor. USTC grubu, araştırmaları için boş alan, sıkıştırılmış ışık kaynakları kullanıyor. 113 fotonik kübit, bunlar: 5x5x5cm, dolaşma için karşılık gelen ışın ayırıcılarla birlikte. Hataya dayanıklı hesaplama için yaklaşık bir milyon sıkıştırılmış ışık durumuna ihtiyaç vardır. Bu nedenle, bu etkileyici bir kuantum üstünlüğü çabası olsa da, bu mimari, sistemi aşırı derecede büyük hale getirecektir.

Bazı Fotonik Kuantum Bilgisayar Yol Haritaları

Ek olarak Larsen ve diğerleri, 2021Yukarıda, Fotonik Kuantum Hesaplamaya yönelik bu Yol Haritalarına toplulukta iyi bir şekilde atıfta bulunulmaktadır:

Büyüyen Fotonik Kuantum Bilgisayar Satıcıları ve Grupları

Araştırma. Endüstriyle birlikte uluslararası fotonik kuantum hesaplama topluluğu büyüyor. 2012 yılından bu yana, arXiV'de yaklaşık 850 toplam fotonik kuantum teknolojisi araştırma makalesi bulunmaktadır ve son on yılda ~%600'lük bir artış olmuştur. En hızlı yıllık artış şu ana kadar bu 2022 yılında gerçekleşti (yıl sonuna göre ~%50 ölçeklendirilmiş). Bu büyüme, on yıl boyunca kuantum teknolojisi araştırma alanının geri kalanının büyümesine (ayrıca ~%600) ayak uyduruyor.

Konferans Katılımı. Varlıkların eşit olmayan coğrafi kuzeydoğu ağırlığını karşılaştırırsak, topluluk da artıyor. 2019 (35) ve 2022  (45) Kuantum için Fotonik (PfQ) Çalıştayı. Özellikle 2019 PfQ sitesine atlamakta fayda var: ilgili sunumlarla birlikte faydalı sunum videoları kaydettiler.

Bazıları Patentli Kuruluşlar. Fotonik kuantum patentlerinin Patent artışını takip etmek, kaba 'fotonik' anahtar kelime çözünürlüğü nedeniyle zordur. Ancak bazı Patent Vekilleri belirlenebilir. Fotonik kuantum hesaplama alanında mevcut patentleri bulunan bazı Satıcılar ve Gruplar şunlardır:

Kanada

Amerika Birleşik Devletleri

• Kaliforniya
• Michigan

Çin

Almanya

Hollanda

Danimarka

Fotonik Kuantum Hesaplama Duvar Kağıdı

Yaz geldi ve hafiften bitirmek için bu alanda en sevdiğim grafikleri paylaşmak istiyorum. Bu, 2018 yılında Xanadu'da stajyer olan Brianna Gopaul tarafından oluşturulan renkli, sonsuz boyutlu Hilbert uzayıdır. Medium Makale temel fotonik kuantum hakkında kapı işlemleri; bize bu zengin görseli ikram ediyor. Artık masaüstü ekranım.

Amara Graps, Ph.D. disiplinlerarası bir fizikçi, gezegen bilimci, bilim iletişimcisi ve eğitimci ve tüm kuantum teknolojilerinde uzmandır.