Chinesische Forscher entwickeln optisches Schaltkreis-Quanten-Supercomputer

Ein Team von Forschern aus verschiedenen Forschungsinstituten in China hat kürzlich die Quantenüberlegenheit dank eines photonischen Quantencomputers demonstriert. Ein kürzlich im Journal Science veröffentlichter Artikel beschreibt den Quantencomputer als “Jiuzhang”.

Wie von LiveScience berichtet, ist der Quantencomputer, der hauptsächlich von Forschern der Universität für Wissenschaft und Technologie entworfen wurde, angeblich wesentlich leistungsfähiger als der Quantencomputer, den Google 2019 entwickelt hat. 2019 behauptete Google, den ersten Computer entwickelt zu haben, der die “Quantenüberlegenheit” erreicht hat, was die Verwendung von quantenbasierten Computern zur Überbietung aktueller, traditioneller Supercomputer bezeichnet. Laut Berichten ist Jiuzhang etwa 10 Milliarden Mal schneller als der von Google entwickelte Quantencomputer.

In den letzten Jahren hat China massive Investitionen in den Bereich der Quantencomputer getätigt und die Forschung am Nationalen Labor für Quanteninformationswissenschaften mit etwa 10 Milliarden Dollar gefördert. Darüber hinaus ist China derzeit einer der Weltmarktführer im Bereich der Quanten-Netzwerke. Quanten-Netzwerke nutzen die Quantenmechanik, um Daten zu kodieren, während sie über weite Strecken übertragen werden.

Quantencomputer nutzen die einzigartigen Eigenschaften von Quantenteilchen, um eine bessere Leistung als herkömmliche Computer zu erzielen. Klassische Computer können nur Daten verarbeiten, die in einem von zwei verschiedenen Zuständen existieren. Bits in diesem binären System verwenden Einsen und Nullen, um Daten darzustellen, und sind im Vergleich zu Quantenbits (Qubits) inhärent begrenzt, die gleichzeitig in mehr als zwei Zuständen existieren können. Diese Eigenschaft ermöglicht es Quantencomputern, komplexere Probleme zu lösen und Aufgaben viel schneller zu verarbeiten als selbst die besten Supercomputer heute.

Es wurde lange vermutet, dass Quantencomputer moderne Computer dramatisch überbieten könnten, aber die Herstellung eines zuverlässigen Quantencomputers ist eine ingenieurtechnische Herausforderung, die noch andauert. Quantencomputer müssen oft in kontrollierten Umgebungen untergebracht werden, die Fluktuationen in Temperatur oder anderen Umgebungsvariablen verhindern, die die Berechnungen eines Quantencomputers stören könnten. Forschungsgruppen auf der ganzen Welt haben mit verschiedenen Methoden zur Herstellung von Quantencomputern experimentiert. Während Googles Quantencomputer auf supraleitenden Materialien basierte, die in Chips integriert waren, basiert Jiuzhang auf optischen Schaltkreisen.

Um Jiuzhang zu testen, ließ das Forschungsteam es die Ausgabe eines Schaltkreises berechnen, der Licht verwendet und eine Liste von Zahlen zurückgibt. Dieser Prozess ist als Gaussian Boson Sampling bekannt. Das Ziel war es, so viele Photonen wie möglich zu detektieren. Jiuzhang ist selbst ein optischer Schaltkreis und es gelang ihm, im Durchschnitt 43 Photonen zu detektieren, wobei es einen Rekord von 76 Photonen erreichte.

Laut dem im Journal Science veröffentlichten Artikel dauerte es etwa 200 Sekunden, um die Liste von Zahlen für jeden Testlauf des Quantencomputers zu generieren. Traditionelle Supercomputer würden etwa 2,5 Milliarden Jahre benötigen, um die gleiche Liste von Zahlen zu generieren. Wenn die gleiche Rechengeschwindigkeit für andere Aufgaben gilt, könnten Quantencomputer Berechnungen etwa 100 Billionen Mal schneller durchführen als traditionelle Supercomputer.

Es ist wichtig zu beachten, dass Jiuzhang nur eine eng begrenzte Reihe von Aufgaben ausführen kann, nämlich die, für die es entwickelt wurde, die sich um das Gaussian Boson Sampling drehen. Jiuzhang ist kein allgemeiner Quantencomputer. Es ist jedoch ein Schritt in Richtung der Schaffung praktischer Quantencomputer.

Wie TechXplore berichtete, ist der Jiuzhang-Computer nicht das einzige jüngste Beispiel für Fortschritte in der lichtbasierten Computertechnologie, die möglicherweise Auswirkungen auf künstliche Intelligenz haben. Ein Team von Forschern hat kürzlich eine Übersicht über die jüngsten Fortschritte bei der Anwendung der optischen Computertechnologie auf visuelle Computertechnologien vorgestellt und festgestellt, dass optische Computertechnologie-Plattformen möglicherweise mit tiefen neuronalen Netzen kombiniert werden können.

Das Forschungsteam untersuchte mehrere Beispiele für optische Computertechnologie in Kombination mit künstlicher Intelligenz und fand heraus, dass künstliche Intelligenz-Schlussfolgerungen auf der Grundlage von Licht, das über optische Geräte bewegt wird, verwendet werden können, um neue Formen von visuellen Computertechnologien zu schaffen. Dazu gehören optische neuronale Netze, die Objekte schnell verarbeiten und klassifizieren können, ohne dass eine externe Stromversorgung erforderlich ist, und die auf das einfallende Licht angewiesen sind, um die Berechnungen durchzuführen.

Geräte mit künstlicher Intelligenz, die in Systemen wie intelligenten Häusern, Fernsensoren und autonomen Fahrzeugen eingesetzt werden, könnten die Leistung eines herkömmlichen Computers durch die Verwendung von Licht zur schnellen Analyse von Objekten und der Umgebung erhöhen. Hybride optische Computersysteme könnten die Flexibilität herkömmlicher Computer mit der Parallelität und Geschwindigkeit von optischen Computern kombinieren.