By Nho Amara đăng ngày 19 tháng 2022 năm XNUMX
Ngày 1 tháng XNUMX, mười phần, thông báo báo chí trên Twitter cho Máy tính lượng tử quang tử Borealis của Xanadu có thể các mẫu thông cáo báo chí mà tất cả các công ty lượng tử khác đều khao khát. Trong chủ đề, Giám đốc điều hành của công ty đã cung cấp:
1) một liên kết đến một bài báo khoa học chất lượng cao (Madsen và cộng sự, 2022) thể hiện thành công cụ thể;
2) tiến độ của họ như thế nào SO đến công nghệ tương tự;
3) làm thế nào các công chúng có thể sử dụng nó;
4) tạm ứng là gì rút gọn thành một hoặc hai câu;
5) giải quyết trực tiếp một vài vấn đề trong quá khứ đã xuất hiện từ việc so sánh phần cứng lượng tử. Trong trường hợp này: 'giả mạo' và 'các vấn đề tính toán thực';
6) một video chất lượng, giải thích sự tạm ứng.
Đó là một thông cáo báo chí đáng chú ý vì chất lượng ngắn gọn, tập trung vào công nghệ. Hãy cùng bắt đầu lại từ đầu.
Điện toán lượng tử quang tử: Nó là gì?
Các thiết bị lượng tử quang tử hoạt động trên các nguyên tắc vướng víu cơ bản khác với các thiết bị lượng tử dựa trên spin. Máy tính lượng tử quang tử của Xanadu dựa trên mô hình biến liên tục (CV). Đồ họa trong Hình 1 từ Zachary Vernon tại Hội thảo PfQ 2019 giải thích sự khác biệt cơ bản đầu tiên. Thay vì các trạng thái |1>, |0> rời rạc, chúng ta có các biến liên tục của trường ánh sáng, trong đó thông tin về biên độ và cầu phương pha được mã hóa.
Hình 1. Hình 1 từ Zachary Vernon bài thuyết trình của anh ấy tại Hội thảo Photonics cho lượng tử 2019, giải thích sự khác biệt cơ bản.
Thách thức đối với các qubit quang tử là chúng tồn tại trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, nếu một người sử dụng dựa trên phép đo (MB) điện toán lượng tử (QC) thay vì dựa trên cổng điện toán lượng tử, thì người ta có thể phá vỡ các qubit quang tử tồn tại trong thời gian ngắn một cách tự nhiên, bởi vì các tính toán được thực hiện ngay lập tức. Qubit trở thành một phép đo cụ thể trong không gian pha của một phân phối cụ thể, được gọi là ánh sáng vắt or trạng thái vắt. trạng thái ép tận dụng sự đánh đổi để “bóp” hoặc giảm độ không đảm bảo trong các phép đo của một biến nhất định, đồng thời tăng độ không đảm bảo trong phép đo của một biến khác mà nhà nghiên cứu có thể bỏ qua. Các nút qubit được thay thế bằng trạng thái nén. Lấy mẫu boson Gaussian (GBS) là khi người ta rút các mẫu từ sự phân bố của các trạng thái nén.
Để nắm được khái niệm về điện toán lượng tử, dựa trên phép đo, có thể thay đổi liên tục, mô tả tốt nhất mà tôi tìm thấy là trên YouTube, nơi Ulrik Lund Andersen từ Đại học Kỹ thuật Đan Mạch (DTU), vào tháng 2021 năm XNUMX, đã đưa ra một định hướng trực quan , nói chuyện trực tuyến: Tính toán lượng tử quang học với các biến liên tục. Bài nói chuyện của anh ấy đi qua các phép đo, từng dòng một của mảng các trạng thái bị nén bằng cách chỉ ra cách thức các trạng thái bị nén liên kết với các trạng thái đầu vào, để trở thành trạng thái cụm. Thông qua các phép đo trên các trạng thái nhóm, người ta thực hiện cửa, ví dụ: bộ cổng vạn vật được mô tả bởi Lloyd và Braunstein, 1999, trong nền tảng cổ điển của họ: Tính toán lượng tử trên các biến liên tục. Andersen sau đó giới thiệu khác các thành phần chính của máy tính lượng tử quang tử.
- bộ tách chùm; là các gương bán phản xạ và cách vướng hai nút trạng thái vắt khác nhau. Đầu ra với vòng lặp biểu thị “trạng thái nén hai chế độ” tương quan, còn được gọi là trạng thái EPR biến đổi liên tục (chuyển đến video của Andersen);
- phát hiện homodyne: là một bộ tạo dao động cục bộ cung cấp cách chọn cầu phương trong không gian pha để đo và tạo ra các trạng thái đầu ra mới;
- sau đó, trong trình tự sau khi phát hiện homodyne, là nhạy cảm máy dò photon để đếm số lượng photon.
Hình 2. Ulrik Lund Andersen từ Đại học Kỹ thuật Đan Mạch (DTU), vào tháng 2021 năm XNUMX, đã có một bài nói chuyện trực tuyến, định hướng trực quan: Tính toán lượng tử quang học với các biến liên tục.
Hệ thống với kết nối sợi quang có lợi thế lớn. Đối với khoảng cách > 1cm, năng lượng cần thiết để truyền một bit bằng cách sử dụng photon qua sợi quang nhỏ hơn năng lượng cần thiết để sạc một đường truyền điện tử 50 ohm thông thường có cùng khoảng cách. (Nielsen & Chuang, 2010, tr. 296). Họ cũng có thể tận dụng các mạng cáp quang hiện có để liên lạc.
Cách mở rộng quy mô máy tính lượng tử quang tử
của Xanadu thành công công nghệ mới cho chúng tôi thấy (Madsen và cộng sự, 2022) cách điện toán lượng tử quang tử có thể được cải thiện và mở rộng đáng kể:
- thế hệ ánh sáng phi cổ điển: bộ tạo ánh sáng vắt trên chip;
- ghép kênh miền thời gian: các vòng lặp, cho phép truy cập vào nhiều chế độ ánh sáng vắt hơn mà không làm tăng phạm vi vật lý hoặc độ phức tạp của hệ thống;
- triển khai bộ cổng phổ quát: có thể lập trình (Bromley và cộng sự, 2019);
- chuyển mạch quang điện nhanh: từ giao thoa kế, trạng thái Gaussian được gửi đến cây chuyển đổi nhị phân 1 đến 16 (demux), cây này khử ghép kênh một phần đầu ra trước khi PNR đọc được;
- Thêm vào đó, một cải tiến PNR, có mục tiêu nhiệt độ phòng theo quan điểm:
- công nghệ phát hiện tốc độ cao, phân giải số photon (PNR): một dãy máy dò phân giải số photon (PNR) dựa trên các cảm biến cạnh chuyển tiếp siêu dẫn (TES) với hiệu suất phát hiện 95% (Arrazola và cộng sự, 2021).
Giáo sư Anderson minh họa một sự đổi mới quan trọng: thời gian ghép kênh với một hoạt hình từng bước, thuộc thế hệ cụm 2D, ánh sáng nén, sử dụng một vòng lặp trong sợi quang bị trễ chính xác một chu kỳ đồng hồ. Sau đó, đường dẫn ánh sáng được đồng bộ hóa giữa các bộ tách chùm tia. Nếu bạn thêm nhiều vòng lặp hơn, sẽ có nhiều vướng víu hơn và ít bộ tách chùm cần thiết hơn. Điều này dẫn đến heuristic mở rộng quy mô máy tính lượng tử lượng tử của tôi: “Càng nhiều vòng ghép kênh thời gian thì càng cần ít thời gian để mở rộng quy mô.” Hình 3 minh họa khái niệm tương tự từ video thông cáo báo chí của Xanadu.
Hình 3. Khái niệm ghép kênh thời gian để tăng sự vướng víu, giảm số lượng bộ tách chùm và hỗ trợ khả năng mở rộng tốt hơn. Lấy khung hình từ Video thông cáo báo chí của Xanadu.
Bây giờ chúng ta có thể hiểu được khả năng mở rộng một cách trực quan khi chúng ta thấy một thiết lập phòng thí nghiệm. Andersen xác định các thành phần đó là và không thể mở rộng máy tính lượng tử quang tử của nhóm DTU của riêng anh ấy, sử dụng kiến trúc, được xuất bản bởi Larsen và cộng sự, 2021.
Cuộc thi USTC
GS Andersen cũng nhận định, trong Q & A bài thuyết trình của mình, tại sao nhóm Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC): Cửu Trại Câu 2.0, không thể mở rộng quy mô. Nhóm USTC đang sử dụng các nguồn không gian tự do, ánh sáng bị nén cho 113 qubit quang tử, đó là: 5x5x5cm, với các bộ tách chùm tương ứng cho độ vướng víu. Đối với điện toán có khả năng chịu lỗi, người ta cần ~ một triệu trạng thái nhẹ. Do đó, mặc dù đây là một nỗ lực ấn tượng về uy quyền lượng tử, nhưng kiến trúc này sẽ làm cho hệ thống trở nên quá lớn.
Một số lộ trình máy tính lượng tử quang tử
Ngoài Larsen và cộng sự, 2021, ở trên, các Lộ trình cho Điện toán lượng tử quang tử này được tham khảo nhiều trong cộng đồng:
Các nhóm và nhà cung cấp máy tính lượng tử quang tử đang phát triển
Nghiên cứu. Cộng đồng điện toán lượng tử quang tử quốc tế với ngành công nghiệp đang phát triển. Kể từ năm 2012, có khoảng 850 bài báo nghiên cứu công nghệ lượng tử quang tử tại arXiV với mức tăng ~600% trong thập kỷ qua. Mức tăng hàng năm nhanh nhất là cho đến năm 2022 này (~50% tính đến cuối năm). Sự tăng trưởng này đang bắt kịp với sự tăng trưởng (cũng ~600%) của phần còn lại của lĩnh vực nghiên cứu công nghệ lượng tử trong suốt thập kỷ.
Tham dự Hội nghị. Cộng đồng cũng đang tăng lên, nếu chúng ta so sánh trọng lượng địa lý đông bắc không đồng đều của các thực thể từ 2019 (35) và 2022 (45) Hội thảo Quang tử cho Lượng tử (PfQ). Điều đặc biệt đáng để chuyển đến trang web PfQ 2019: họ đã ghi lại các video thuyết trình hữu ích với các bài thuyết trình tương ứng.
Các thực thể, một số có bằng sáng chế. Việc theo dõi sự phát triển Bằng sáng chế của các bằng sáng chế lượng tử quang tử là một thách thức, do độ phân giải từ khóa 'quang tử' thô. Tuy nhiên, một số Người được chuyển nhượng bằng sáng chế có thể được xác định. Dưới đây là một số Nhà cung cấp và Nhóm trong lĩnh vực điện toán lượng tử quang tử với các bằng sáng chế hiện có:
Canada
US
- California
- Michigan
Trung Quốc
Nước Đức
Hà Lan
Đan mạch
Hình nền máy tính lượng tử quang tử
Bây giờ là mùa hè, và để kết thúc nhẹ nhàng, tôi muốn chia sẻ đồ họa yêu thích của tôi từ lĩnh vực này. Đây là không gian Hilbert đầy màu sắc, vô hạn chiều, được tạo bởi Brianna Gopaul, người từng là thực tập sinh tại Xanadu vào năm 2018. Bài viết trung bình về lượng tử quang tử cơ bản hoạt động cổng; cô ấy đối xử với chúng tôi với hình ảnh phong phú này. Đó là màn hình máy tính để bàn của tôi bây giờ.
Amara Graps, Tiến sĩ. là một nhà vật lý liên ngành, nhà khoa học hành tinh, nhà truyền thông khoa học, nhà giáo dục và chuyên gia về tất cả các công nghệ lượng tử.
