Čínští výzkumníci vytvořili optický obvodový kvantový superpočítač

Tým výzkumníků z různých výzkumných ústavů po celé Číně nedávno demonstroval kvantovou převahu díky fotonnímu kvantovému počítači. Článek nedávno zveřejněný v časopise Science popisuje kvantový počítač jako „Jiuzhang“.

Jak uvádí LiveScience, kvantový počítač, který byl navržen především výzkumníky na Univerzitě vědy a technologie, je údajně podstatně výkonnější než kvantový počítač navrženým firmou Google v roce 2019. V roce 2019 firma Google prohlašovala, že navrhla první počítač, který kdy dosáhl „kvantové převahy“, což odkazuje na použití kvantových počítačů k překonání současných, tradičních superpočítačů. Údajně je Jiuzhang přibližně 10 miliardkrát rychlejší než kvantový počítač navrženým firmou Google.

V posledních letech Čína investovala大量ně do oblasti kvantového počítačového výzkumu, financování výzkumu na národním laboratoři pro kvantové informační vědy za přibližně 10 miliard dolarů. Kromě toho je Čína v současné době jedním z světových lídrů v oblasti kvantové sítě. Kvantová síť využívá kvantové mechaniky k zakódování dat při jejich přenosu na dlouhé vzdálenosti.

Kvantové počítače využívají jedinečných vlastností kvantových částic, aby získaly lepší výkon než tradiční počítače. Klasické počítače mohou zpracovávat pouze data, která existují v jednom ze dvou různých stavů. Bitové v tomto binárním systému používají jedničky a nuly k reprezentaci dat a jsou v něm inherentně omezeny ve srovnání s kvantovými bity (qubity), které mohou existovat ve více než dvou stavech současně. Tato vlastnost umožňuje kvantovým počítačům zpracovávat složitější problémy a zpracovávat úkoly mnohem rychleji než dokonce i nejlepší superpočítače dnes.

Dlouho se předpokládalo, že kvantové počítače by mohly dramaticky překonat moderní počítače, ale výroba spolehlivého kvantového počítače je inženýrskou výzvou, která stále pokračuje. Kvantové počítače často potřebují být umístěny v kontrolovaném prostředí, které brání fluktuacím teploty nebo jiných environmentálních proměnných, které by mohly ovlivnit výpočty kvantového počítače. Výzkumné skupiny po celém světě experimentují s různými způsoby, jak postavit kvantové počítače. Zatímco kvantový počítač firmy Google spoléhal na supravodivé materiály integrované s čipy, Jiuzhang spoléhá na optické obvody.

Aby testovali Jiuzhang, výzkumný tým jej nechal vypočítat výstup obvodu, který používá světlo a vrátí seznam čísel. Tento proces je známý jako Gaussian Boson Sampling. Cílem bylo detekovat co nejvíce fotonů. Jiuzhang je sám o sobě optickým obvodem a podařilo se mu detekovat průměrně 43 fotonů, přičemž dosáhl rekordu 76 fotonů.

Podle článku zveřejněného v časopise Science to trvalo přibližně 200 sekund, aby se generoval seznam čísel pro každou zkušební jízdu kvantového počítače. Tradiční superpočítače by potřebovaly kolem 2,5 miliard let, aby generovaly stejný seznam čísel. Pokud stejná rychlost výpočtu platí i pro ostatní úkoly, kvantové počítače by mohly provádět výpočty kolem 100 bilionůkrát rychleji než tradiční superpočítače.

Je důležité poznamenat, že Jiuzhang může provádět pouze úzký rozsah úkolů, pro které byl vyvinut, a to ty, které se soustředí kolem Gaussian Boson Sampling. Jiuzhang není obecný kvantový počítač. Nicméně, je to krok směrem k vytvoření praktických kvantových počítačů.

Jak TechXplore uvádí, počítač Jiuzhang není jediným nedávným příkladem pokroků v technologiích založených na světle, které mají potenciální dopad na umělou inteligenci. Tým výzkumníků nedávno přezkoumal nedávné pokroky týkající se aplikace optického počítačového zpracování na vizuální-počítačové technologie a zjistil, že optické počítačové platformy mohou potenciálně spolupracovat s hlubokými neuronovými sítěmi.

Výzkumný tým prostudoval několik příkladů optického počítačového zpracování spolu s umělou inteligencí a zjistil, že inference založená na umělou inteligencí na základě světla pohybujícího se přes optické zařízení může být použita k vytvoření nových forem vizuální-počítačových technologií. Tyto zahrnují optické neuronové sítě, které mohou rychle zpracovávat a klasifikovat objekty bez potřeby externího napájení, spoléhající se na příchozí světlo k napájení výpočtů.

Zařízení s umělou inteligencí pracující v systémech, jako jsou chytré domy, vzdálené senzory a autonomní vozidla, mohou zvýšit výkon běžného elektronického počítače pomocí světla k rychlé analýze objektů a prostředí obklopujícího objekt. Hybridní optické počítačové systémy by mohly využít jak flexibilitu tradičních počítačů, tak paralelní a rychlost optických počítačů.