Các nhà nghiên cứu tại Xanadu, một công ty Canada chuyên về điện toán lượng tử quang tử, tuyên bố đã đạt được lợi thế tính toán lượng tử với một thử nghiệm chạy trên máy Borealis có thể truy cập vào đám mây của họ. Thuật ngữ “lợi thế lượng tử” (đôi khi được gọi là ưu thế lượng tử) đề cập đến một tình huống trong đó máy lượng tử thực hiện các tác vụ tính toán cụ thể mà máy tính cổ điển không thể xử lý được. Thí nghiệm mới nhất, liên quan đến việc thực hiện các phép đo tương ứng với việc vẽ một mẫu từ một bản phân phối, chiếm 36 micro giây Borealis của Xanadu cho mỗi mẫu, trong khi nhóm ước tính sẽ mất 9000 năm để siêu máy tính nhanh nhất thế giới lập mô hình thử nghiệm tương tự bằng cách sử dụng các thuật toán nổi tiếng nhất .
Nhiệm vụ trong thí nghiệm này là một ví dụ về lấy mẫu boson Gaussian (GBS) – một khung đơn giản hóa cho các máy tính lượng tử quang học trong đó các trạng thái lượng tử của ánh sáng được gửi qua một giao thoa kế (một mạng quang học với các tham số có thể điều chỉnh cho biết cách các photon giao thoa) trước khi được đo. ở các đầu ra. Thiết kế này đơn giản hơn một máy tính lượng tử vạn năng, và như Jonathan Lavoie, trưởng nhóm tích hợp hệ thống tại Xanadu, giải thích, nó có các ứng dụng hạn chế. Lavoie nói: “Điều quan trọng cần nhấn mạnh là các cỗ máy lợi thế lượng tử được chế tạo với mục đích chứng minh điều gì đó cơ bản về sức mạnh của điện toán lượng tử, không nhất thiết phải giải quyết một vấn đề 'hữu ích' ngay lập tức. “Cái sau có thể sẽ yêu cầu khả năng chịu lỗi và sửa lỗi.”
Dựa trên kết quả lợi thế lượng tử trước đó
Những tuyên bố về lợi thế tính toán lượng tử trước đây đã vấp phải một số tranh cãi. TRONG 2019, một nhóm tại Google công bố lợi thế lượng tử sử dụng công nghệ siêu dẫn (thay vì quang tử), mặc dù điều này đã được tranh luận trong cộng đồng. Gần đây hơn, các nhà thí nghiệm từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã thực hiện tuyên bố tương tự cho hai thử nghiệm (cũng thực hiện GBS) được gọi là Cửu Trại và Cửu Trại Câu 2.0. Mặc dù là một thành tựu công nghệ đáng kể, thêm giấy tờ đặt câu hỏi về kết quả của họ. Nicolás Quesada, người đã lãnh đạo dự án cùng với Lavoie và hiện là trợ lý giáo sư tại Polytechnique Montréal, lưu ý rằng “cần có thêm các công cụ xác minh và lý thuyết”. Công việc của Quesada tiếp tục xem xét các nhiệm vụ xác minh này.
Borealis khác Jiuzhang ở một số điểm, bao gồm cả kích thước: với 216 chế độ riêng biệt (các trạng thái lượng tử có thể truy cập khác nhau), cỗ máy của Xanadu thể hiện sự gia tăng đáng kể so với kỷ lục trước đó là 144. Xanadu cũng sử dụng một thiết kế mới cho GBS làm trễ các photon trong các vòng quang học. trước khi chúng can thiệp vào các xung tiếp theo, giúp loại bỏ lỗi và cải thiện khả năng mở rộng. Một thành tựu cụ thể của công việc mới nhất này là các kỹ thuật được triển khai để ổn định các sợi này với độ dài thấp hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng, như đã thảo luận trong phần blog đăng bài được xuất bản bởi nhóm tại Xanadu.
Thiết lập mới có nghĩa là không phải tất cả các cấu hình có thể có của GBS đều có thể được thực hiện. Quesada nói: “Đối với lượng tử ánh sáng, khi một người muốn mã hóa các vấn đề thú vị phản ánh các trường hợp ứng dụng trong thế giới thực, người ta cần truy cập vào một giao thoa kế có thể lập trình phổ quát, thường sẽ dẫn đến những tổn thất đáng kể. “Vì vậy, đây chắc chắn là một thử thách khó khăn.”
Tuy nhiên, Borealis cho phép khả năng lập trình đầy đủ trong giới hạn của cấu trúc được đề xuất, trong khi các thử nghiệm GBS trước đây ở quy mô này có các tương tác cố định giữa các chế độ. Tính linh hoạt bổ sung được cho phép nhờ những tiến bộ trong việc tạo ra các trạng thái lượng tử của ánh sáng, tốc độ phát hiện và chuyển đổi quang điện nhanh, làm thay đổi cài đặt của các thành phần mà tại đó các xung giao thoa ở tốc độ đủ cao để thực hiện tất cả các hoạt động có thể.
Máy tính cổ điển chạy đua để bắt kịp lợi thế lượng tử
Borealis là duy nhất trong số các minh chứng về lợi thế lượng tử ở chỗ giờ đây công chúng có thể truy cập máy này và gửi công việc từ xa thông qua dịch vụ đám mây của Xanadu. Tuy nhiên, liệu GBS có tạo ra bất kỳ tính toán hữu ích nào ngoài việc thể hiện lợi thế lượng tử hay không vẫn chưa chắc chắn. Hơn nữa, như Quesada giải thích, khi nói đến các ứng dụng của GBS, cần nghiên cứu thêm để hiểu “liệu có thuật toán cổ điển nào có thể thực hiện công việc đủ tốt để loại bỏ nhu cầu về máy lượng tử hay không”. Tuy nhiên, thành tựu này “thực sự giúp xây dựng niềm tin rằng các hệ thống kiểm soát phần mềm và phát triển phần cứng của chúng tôi đang đi đúng hướng để xây dựng một máy tính lượng tử quang tử có khả năng chịu lỗi tại Xanadu,” Lavoie nói. Thế giới vật lý.
