Κινέζοι ερευνητές δημιουργούν οπτικό κυκλωματικό υπερυπολογιστή κβαντικού

Μια ομάδα ερευνητών από διάφορα ερευνητικά ιδρύματα σε όλη την Κίνα έχουν πρόσφατα αποδείξει την υπεροχή των κβαντικών υπολογιστών χάρη σε einen φωτονικό κβαντικό υπολογιστή. Ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε πρόσφατα από το περιοδικό Science περιγράφει τον κβαντικό υπολογιστή ως “Jiuzhang”.

Όπως αναφέρθηκε από το LiveScience, ο κβαντικός υπολογιστής, που σχεδιάστηκε κυρίως από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Επιστημών και Τεχνολογίας, είναι αναφερόμενος ως σημαντικά πιο ισχυρός από τον κβαντικό υπολογιστή που σχεδιάστηκε από την Google το 2019. Το 2019, η Google ισχυρίστηκε ότι είχε σχεδιάσει τον πρώτο υπολογιστή που έφτασε στην “κβαντική υπεροχή”, η οποία αναφέρεται στη χρήση κβαντικών υπολογιστών για να ξεπεράσουν τους τρέχοντες, παραδοσιακούς υπερυπολογιστές. Αναφέρθηκε ότι ο Jiuzhang είναι περίπου 10 δισεκατομμύρια φορές ταχύτερος από τον κβαντικό υπολογιστή που σχεδιάστηκε από την Google.

Τα τελευταία χρόνια, η Κίνα έχει κάνει τεράστιες επενδύσεις στην περιοχή των κβαντικών υπολογιστών, χρηματοδοτώντας την έρευνα στο Εθνικό Εργαστήριο για τις Επιστήμες της Κβαντικής Πληροφορίας για περίπου 10 δισεκατομμύρια δολάρια. Επιπλέον, η Κίνα είναι σήμερα ένας από τους παγκόσμιους ηγέτες στις κβαντικές δικτυώσεις. Οι κβαντικές δικτυώσεις χρησιμοποιούν την κβαντική μηχανική για να κωδικοποιήσουν τα δεδομένα καθώς μεταδίδονται σε μεγάλες αποστάσεις.

Οι κβαντικοί υπολογιστές επωφελούνται από τις μοναδικές ιδιότητες των κβαντικών σωματιδίων για να επιτύχουν καλύτερη απόδοση από τους παραδοσιακούς υπολογιστές. Οι κλασικοί υπολογιστές μπορούν να επεξεργαστούν μόνο δεδομένα που υπάρχουν σε μία από τις δύο διαφορετικές καταστάσεις. Τα bits σε αυτό το δυαδικό σύστημα χρησιμοποιούν ones και zeroes για να αντιπροσωπεύουν τα δεδομένα και είναι εγγενώς περιορισμένα σε σύγκριση με τα κβαντικά bits (qubits), τα οποία μπορούν να υπάρχουν σε περισσότερες από δύο καταστάσεις ταυτόχρονα. Αυτή η ιδιότητα επιτρέπει στους κβαντικούς υπολογιστές να αντιμετωπίσουν πιο σύνθετα προβλήματα και να επεξεργαστούν εργασίες πολύ πιο γρήγορα από τους καλύτερους υπερυπολογιστές σήμερα.

Έχει θεωρηθεί ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να ξεπεράσουν δραματικά τους σύγχρονους υπολογιστές, αλλά η παραγωγή ενός αξιόπιστου κβαντικού υπολογιστή είναι μια τεχνική πρόκληση που εξακολουθεί να είναι σε εξέλιξη. Οι κβαντικοί υπολογιστές συχνά χρειάζονται να τοποθετηθούν σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα που αποτρέπουν τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας ή άλλων περιβαλλοντικών μεταβλητών που θα μπορούσαν να διαταράξουν τους υπολογισμούς του κβαντικού υπολογιστή. Οι ερευνητικές ομάδες σε όλο τον κόσμο έχουν πειραματιστεί με διάφορους τρόπους για την κατασκευή κβαντικών υπολογιστών. Ενώ ο κβαντικός υπολογιστής της Google βασίζεται σε υπεραγώγιμα υλικά που ενσωματώνονται με chips, ο Jiuzhang βασίζεται σε οπτικά κυκλώματα.

Για να δοκιμάσουν τον Jiuzhang, η ερευνητική ομάδα τον είχε να υπολογίσει την έξοδο ενός κυκλώματος που χρησιμοποιεί φως και επιστρέφει μια λίστα αριθμών. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως Gaussian Boson Sampling. Ο στόχος ήταν να ανιχνεύσει όσο το δυνατόν περισσότερα φωτόνια. Ο Jiuzhang είναι ένα οπτικό κύκλωμα και κατάφερε να ανιχνεύσει κατά μέσο όρο 43 φωτόνια, φτάνοντας ένα ρεκόρ 76 φωτονίων.

Σύμφωνα με το άρθρο που δημοσιεύθηκε στο Science, χρειάστηκαν περίπου 200 δευτερόλεπτα για να δημιουργηθεί η λίστα των αριθμών για κάθε δοκιμή του κβαντικού υπολογιστή. Οι παραδοσιακοί υπερυπολογιστές θα χρειάζονταν περίπου 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια για να δημιουργήσουν την ίδια λίστα αριθμών. Αν η ίδια ταχύτητα υπολογισμού ισχύει για άλλες εργασίες, οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να εκτελέσουν υπολογισμούς περίπου 100 τρισεκατομμύρια φορές πιο γρήγορα από τους παραδοσιακούς υπερυπολογιστές.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο Jiuzhang μπορεί να εκτελέσει μόνο ένα στενό φάσμα εργασιών για τις οποίες αναπτύχθηκε, αυτές που επικεντρώνονται γύρω από το Gaussian Boson Sampling. Ο Jiuzhang δεν είναι ένας γενικός κβαντικός υπολογιστής. Ωστόσο, είναι ένα βήμα προς τη δημιουργία πρακτικών κβαντικών υπολογιστών.

Όπως ανέφερε το TechXplore, ο υπολογιστής Jiuzhang δεν είναι το μόνο πρόσφατο παράδειγμα προόδου στην τεχνολογία υπολογιστών που βασίζεται στο φως με πιθανές επιπτώσεις στην τεχνητή νοημοσύνη. Μια ομάδα ερευνητών έχει πρόσφατα αναθεωρήσει τις πρόσφατες προόδους σχετικά με την εφαρμογή της οπτικής υπολογίστριας σε τεχνολογίες οπτικής-υπολογιστών, βρίσκοντας ότι οι πλατφόρμες οπτικής υπολογίστριας μπορούν να συνδυαστούν με深ες νευρωνικές δικτυώσεις.

Η ερευνητική ομάδα μελέτησε διάφορα παραδείγματα οπτικής υπολογίστριας μαζί με την τεχνητή νοημοσύνη για να βρει ότι η τεχνητή νοημοσύνη που βασίζεται στο φως που κινείται σε οπτικά συσκευές θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία νέων μορφών τεχνολογιών οπτικής-υπολογιστών. Αυτές περιλαμβάνουν οπτικές νευρωνικές δικτυώσεις που μπορούν να επεξεργαστούν και να ταξινομήσουν αντικείμενα χωρίς την ανάγκη εξωτερικής παροχής ενέργειας, βασίζοντας τους υπολογισμούς στην εισερχόμενη ánhλο.

Οι συσκευές τεχνητής νοημοσύνης που λειτουργούν σε συστήματα όπως έξυπνα σπίτια, απομακρυσμένοι αισθητήρες και αυτόνομες οχήματα θα μπορούσαν να ενισχύσουν την ισχύ ενός κανονικού ηλεκτρονικού υπολογιστή χρησιμοποιώντας το φως για να αναλύσουν γρήγορα αντικείμενα και το περιβάλλον γύρω από το αντικείμενο. Υβριδικά οπτικά συστήματα υπολογιστών θα μπορούσαν να εκμεταλλευτούν και την ευελιξία των παραδοσιακών υπολογιστών και την παράλληλη και ταχύτητα των οπτικών υπολογιστών.