Дослідники в Xanadu, канадська компанія, що спеціалізується на фотонних квантових обчисленнях, стверджує, що досягла квантової обчислювальної переваги завдяки експерименту, проведеному на їх хмарній машині Borealis. Термін «квантова перевага» (іноді її називають квантовою перевагою) відноситься до ситуації, в якій квантова машина виконує конкретні обчислювальні завдання, які були б нерозв’язними для класичного комп’ютера. Останній експеримент, який включає проведення вимірювань, які відповідають отриманню зразка з розподілу, займає Xanadu Borealis 36 мікросекунд на вибірку, тоді як команда вважає, що найшвидшому суперкомп’ютеру в світі знадобиться 9000 років, щоб змоделювати той самий експеримент за допомогою найвідоміших алгоритмів. .
Завдання в цьому експерименті є прикладом дискретизації бозонів Гауса (GBS) – спрощеної структури для оптичних квантових комп’ютерів, у яких квантові стани світла надсилаються через інтерферометр (оптичну мережу з регульованими параметрами, що визначають, як фотони взаємодіють) перед вимірюванням на виходах. Ця конструкція простіше універсального квантового комп'ютера, а також Джонатан Лавуа, керівник групи системної інтеграції в Xanadu, пояснює, що він має обмежені програми. «Важливо підкреслити, що машини квантових переваг створюються з метою доведення чогось фундаментального про потужність квантових обчислень, а не обов’язково для вирішення негайної «корисної» проблеми», — говорить Лавуа. «Останнє, ймовірно, вимагатиме відмовостійкості та виправлення помилок».
Спираючись на попередні результати квантової переваги
Попередні твердження про квантові обчислювальні переваги викликали певні суперечки. в 2019, команда Google оголошена квантова перевага використання надпровідної (замість фотонної) технології, хоча це було обговорювалися в суспільстві. Зовсім недавно експериментатори з Університету науки і технологій Китаю зробили подібні претензії для двох експериментів (також виконання GBS), відомих як Цзючжан та Цзючжан 2.0. Хоча це значне технологічне досягнення, подальші документи поставити запитання щодо їх результатів. Ніколас Кесада, який очолював проект разом з Лавуа, а зараз є доцентом у Polytechnique Montréal, зазначає, що «потрібно більше теорії та інструментів перевірки». Робота Кесади продовжує розглядати ці завдання перевірки.
Borealis відрізняється від Jiuzhang декількома способами, включаючи розмір: з 216 різними режимами (різними доступними квантовими станами) машина Ксанаду значно перевищує попередній рекорд у 144. Ксанаду також використовує новий дизайн для GBS, який затримує фотони в петлях оптичного волокна, перш ніж вони заважатимуть наступним імпульсам, що допомагає придушити помилки та покращує масштабованість. Одним із особливих досягнень цієї останньої роботи є методи, реалізовані для стабілізації цих волокон до довжини, значно нижчої порядку довжини хвилі світла, як обговорювалося в блог опубліковано командою Xanadu.
Нове налаштування означає, що не всі можливі конфігурації GBS можна виконати. «Для фотоніки, коли хтось хоче закодувати цікаві проблеми, що відображають екземпляри реальних програм, потрібен доступ до універсального програмованого інтерферометра, який зазвичай спричиняє значні втрати», — каже Кесада. «Тож це, безперечно, важкий виклик».
Однак Borealis допускає повну програмованість у межах запропонованої структури, тоді як попередні експерименти GBS такого масштабу мали фіксовану взаємодію між режимами. Додаткова гнучкість забезпечується прогресом у створенні квантових станів світла, швидкості виявлення та швидкому електрооптичному перемиканні, що змінює налаштування компонентів, на яких імпульси інтерферують із достатньо високою швидкістю для реалізації всіх можливих операцій.
Класичні комп’ютери змагаються, щоб наздогнати квантову перевагу
Borealis є унікальним серед демонстрацій квантових переваг, оскільки тепер громадськість може отримати доступ до цієї машини та віддалено надсилати завдання через хмарний сервіс Xanadu. Проте, чи GBS виробляє будь-які корисні обчислення, окрім демонстрації квантової переваги, все ще невідомо. Крім того, як пояснює Кесада, коли мова заходить про застосування GBS, необхідні подальші дослідження, щоб зрозуміти, «чи існують класичні алгоритми, які можуть виконувати роботу досить добре, таким чином зводячи нанівець потребу в квантових машинах». Тим не менш, це досягнення «справді допомагає зміцнити впевненість у тому, що наші системи розробки апаратного забезпечення та керування програмним забезпеченням знаходяться на правильному шляху для створення стійкого до збоїв фотонного квантового комп’ютера в Ксанаду», — розповідає Лавуа. Світ фізики.
