Kuantum Çipi Bir Süper Bilgisayarın 9,000 Yıl Harcadığı Bir Görevi Yapmak İçin Mikrosaniyeler Alır

Kuantum bilgisayarlar aşırı mı abartılıyor?

Yeni bir çalışma in Tabiat hayır diyor. Toronto, Kanada merkezli bir şirket olan Xanadu tarafından geliştirilen akıllıca tasarlanmış bir kuantum cihazı, aksi takdirde 9,000 yıldan fazla sürecek bir kıyaslama görevinde geleneksel bilgisayarları yok etti.

Kuantum çipi Borealis için cevaplar 36 mikrosaniye.

Xanadu'nun başarısı, kuantumun gücünü gösteren en son başarıdır. bilgisayar Kuantum avantajı olarak adlandırılan görünüşte basit bir fikir.

Teorik olarak, kavram mantıklı. İkili bitleri (0 veya 1) kullanarak sırayla hesaplayan geleneksel bilgisayarların aksine, kuantum cihazları, 0 ve 1'in her ikisinin de farklı olasılıklarla aynı anda var olabileceği kuantum dünyasının tuhaflığından yararlanır. Veriler, benzersiz fiziği sayesinde aynı anda birden fazla hesaplama gerçekleştiren kesin olmayan bir birim olan kübitlerde işlenir.

Tercüme? Kuantum bilgisayar, hiper verimli bir çok görevli gibidir, oysa geleneksel bilgisayarlar çok daha doğrusaldır. Aynı problem verildiğinde, bir kuantum bilgisayar herhangi bir sorunu çözebilmelidir. Süper bilgisayar hız ve verimlilik açısından herhangi bir sorunda. "Kuantum üstünlüğü" olarak adlandırılan fikir, daha önce yapılmış her şeye tamamen yabancı yeni nesil bilgisayarları zorlamak için itici güç olmuştur.

Sorun? Kuantum üstünlüğünü kanıtlamak son derece zordur. Kuantum cihazları giderek daha fazla gerçek dünya problemini çözmek için laboratuvardan çıktıkça, bilim adamları bir ara ölçütü benimsiyorlar: kuantum avantajı, yani bir kuantum bilgisayarın geleneksel bir bilgisayarı tek bir görevde - herhangi bir görevde- yenebileceği fikri.

2019 yılında Google interneti kırdı Kuantum bilgisayarının ilk örneğini sergileyen Sycamore, geleneksel bir süper bilgisayarın 200 yıllık tahminiyle karşılaştırıldığında, 54 kübit ile sadece 10,000 saniyede bir hesaplama problemini çözüyor. Çinli bir ekip kısa süre sonra, makinenin bir süper bilgisayarın iki milyar yıldan fazla sürmesini gerektirecek cevaplar tükürmesiyle, kuantum hesaplama avantajının ikinci büyüleyici vitrini izledi.

Yine de çok önemli bir soru var: Bu kuantum cihazlarından herhangi biri pratik kullanıma hazır olmaya yakın mı?

Güçlü Bir Yeniden Tasarım

Bilgisayarların fiziğe dayandığını unutmak kolaydır. Örneğin mevcut sistemimiz, elektronlar ve akıllıca tasarlanmış cips işlevlerini yerine getirmek için. Kuantum bilgisayarları benzer, ancak alternatif parçacık fiziğine güveniyorlar. Kuantum makinelerinin ilk nesilleri narin, parıldayan avizelere benziyordu. Kompakt bir akıllı telefon çipine kıyasla kesinlikle harika olsalar da, tamamen pratik değiller. Donanım, paraziti azaltmak ve bilgisayarın etkinliğini artırmak için genellikle sıkı bir şekilde kontrol edilen iklimler (örneğin, mutlak sıfıra yakın sıcaklık) gerektirir.

Kuantum hesaplamanın temel konsepti aynıdır: süperpozisyondaki verileri işleyen kübitler, 0'ları, 1'leri veya her ikisini aynı anda kodlamalarına izin veren bir kuantum fiziği tuhaflığı. Fikri destekleyen donanım büyük ölçüde farklıdır.

Örneğin Google'ın Sycamore'u süper iletken metal döngüler kullanıyor - IBM de dahil olmak üzere diğer teknoloji devleri arasında popüler olan ve güçlü bir sistem olan Eagle'ı tanıtan bir kurulum. 127-qubit kuantum çip 2021'de bu yaklaşık bir çeyrek büyüklüğünde. gibi şirketlerden diğer yinelemeler Honeywell ve IonQ, kuantum hesaplama için ana kaynakları olarak iyonlardan (bir veya daha fazla elektronu çıkarılmış atomlardan) yararlanarak farklı bir yaklaşım benimsedi.

Başka bir fikir, fotonlara veya ışık parçacıklarına dayanır. Zaten yararlı olduğu kanıtlandı: Örneğin, Çin'deki kuantum avantajının gösterilmesi, bir fotonik cihaz kullandı. Ancak fikir, büyük ölçüde mühendislik ve kurulumdaki zorluklar nedeniyle, pratik bir çözümden ziyade kuantum hesaplamaya doğru sadece bir basamak taşı olarak da reddedildi.

Fotonik Devrim

Xanadu'nun ekibi, karşı çıkanların yanıldığını kanıtladı. Yeni çip, Borealis, hesaplama için süper iletken malzemeler veya iyonlar yerine fotonları kullanması bakımından Çin araştırmasındaki ile marjinal olarak benzer.

Ancak çok büyük bir avantajı var: programlanabilir. "Önceki deneyler tipik olarak, her bir bileşenin üretildikten sonra sabitlendiği statik ağlara dayanıyordu." açıkladı Araştırmaya dahil olmayan, Brezilya'daki Rio de Janeiro'daki Federal Fluminense Üniversitesi'nden Dr. Daniel Jost Brod. Çin çalışmasındaki daha önceki kuantum avantajı gösterimi statik bir çip kullandı. Bununla birlikte, Borealis ile, optik elemanlar "hepsi kolayca programlanabilir", bu da onu tek kullanımlık bir cihazdan daha az ve potansiyel olarak birden fazla sorunu çözebilen gerçek bir bilgisayardan daha fazla hale getirir. (Kuantum oyun alanı bulutta mevcut Kaydolduktan sonra herkesin denemesi ve keşfetmesi için.)

Brod, çipin esnekliğinin ustaca bir tasarım güncellemesinden, "etkileyici kontrol ve ölçeklendirme potansiyeli sunan yenilikçi bir şemadan" geldiğini söyledi.

Ekip, adı verilen bir soruna odaklandı. Gauss bozon örneklemesi, kuantum hesaplama becerisini değerlendirmek için bir ölçüt. Test, hesaplama açısından olağanüstü derecede zor olsa da, gerçek dünya problemleri üzerinde fazla bir etkiye sahip değildir. Ancak, AI performansını ölçmek için satranç veya Go gibi, kuantum hesaplama performansını incelemek için tarafsız bir yargıç görevi görür. Bu bir tür "altın standart": "Gauss bozon örneklemesi, kuantum cihazlarının klasik bilgisayarlara göre avantajlarını göstermek için tasarlanmış bir şemadır," diye açıkladı Brod.

Kurulum, bir korku filmindeki karnaval eğlence evi ayna çadırı gibidir. Özel ışık durumları (ve fotonlar) - eğlenceli bir şekilde "sıkılmış haller”- bir ışın ayırıcılar ağı ile gömülü çip üzerine tünellenir. Her ışın ayırıcı, yarı yansıtıcı bir ayna gibi davranır: ışığın nasıl çarptığına bağlı olarak, birden fazla kıza bölünür, bazıları geri yansıtır ve diğerleri geçer. Mekanizmanın sonunda bir dizi foton detektörü bulunur. Işın bölücüler ne kadar fazlaysa, herhangi bir fotonun belirli bir dedektörde nasıl son bulacağını hesaplamak o kadar zor olur.

Başka bir görselleştirme olarak: bir fasulye makinesini, camla kaplanmış çivili bir tahta hayal edin. Oynamak için üstteki mandallara bir disk bırakıyorsunuz. Disk düştüğünde, rastgele farklı mandallara çarpar ve sonunda numaralı bir yuvaya iner.

Gauss bozonu örneklemesi, hangi fotonun hangi dedektör yuvasına düştüğünü tespit etmek amacıyla diskleri fotonlarla değiştirir. Kuantum özellikleri nedeniyle, olası dağılımlar katlanarak büyür ve herhangi bir süper bilgisayar gücünü hızla geride bırakır. Brod, bunun mükemmel bir kıyaslama olduğunu açıkladı, çünkü büyük ölçüde temeldeki fiziği anlıyoruz ve kurulum, birkaç yüz fotonun bile süper bilgisayarlara meydan okuyabileceğini gösteriyor.

Yeni çalışma, takdire şayan 216 kübitlik bir fotonik kuantum cihazını yeniden tasarladı. Klasik tasarımlarla çelişen cihaz, fotonları önceki yön standardı yerine varış zamanı kutularında hesapladı. İşin püf noktası, kuantum hesaplama için önemli olan belirli noktalara müdahale edebilmeleri için fotonları geciktirmek için optik fiber döngüleri eklemekti.

Bu ince ayarlar, büyük ölçüde zayıflamış bir cihaza yol açtı. Normalde foton iletişimi için gerekli olan olağan büyük ışın bölücü ağı, fotonların etkileşime girmesi ve görevi hesaplaması için gerekli tüm gecikmeleri karşılamak için sadece üçe indirilebilir. Döngü tasarımları, diğer bileşenlerle birlikte "kolay programlanabilir", çünkü bir ışın ayırıcı gerçek zamanlı olarak ince ayar yapılabilir - bilgisayar kodunu düzenlemek gibi, ancak donanım düzeyinde.

Ekip ayrıca, çıktı verilerinin doğru olduğunu onaylayan standart bir akıl sağlığı kontrolünden geçti.

Şimdilik, kuantum üstünlüğünü güvenilir bir şekilde gösteren çalışmalar nadirdir. Geleneksel bilgisayarların yarım asırlık bir başlangıcı vardır. Algoritmalar geleneksel bilgisayarlarda gelişmeye devam ettikçe, özellikle de güçlü AI odaklı çiplerden veya nöromorfik bilgisayar tasarımları - hatta kuantum cihazlarından kolayca daha iyi performans gösterebilirler ve bu da onları yetişmek için mücadele eder.

Ama bu kovalamanın eğlencesi. “Kuantum avantajı, tek bir liyakat rakamına dayalı, iyi tanımlanmış bir eşik değildir. Deneyler geliştikçe, onları simüle edecek teknikler de gelişecek - yakın gelecekte rekor kıran kuantum cihazlarının ve klasik algoritmaların sırayla en üst nokta için birbirlerine meydan okumasını bekleyebiliriz, ”dedi Brod.

"Hikayenin sonu olmayabilir," diye devam etti. Ancak yeni çalışma “bu yarışta kuantum fiziği için ileriye doğru bir sıçrama”.

Resim Kredi: geralt / 24493 görseller

• Akıllı para. Avrupa'nın En İyi Bitcoin ve Kripto Borsası.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. SERBEST ERİŞİM.
• KriptoHawk. Altcoin Radarı. Ücretsiz deneme.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2022/06/07/a-photonic-quantum-device-took-microseconds-to-do-a-task-a-conventional-computer-would-spend-9000-years- üzerinde/