中国の研究者が光学回路駆動の量子スーパーコンピューターを開発

中国のさまざまな研究機関の研究者チームは、最近、光子量子コンピューターを使用して量子優位性を実証しました。サイエンス誌に掲載された論文では、この量子コンピューターを「Jiuzhang」と呼んでいます。

LiveScienceの報道によると、主に中国科学技術大学の研究者によって設計されたこの量子コンピューターは、2019年にGoogleによって設計された量子コンピューターよりもはるかに強力です。2019年、Googleは、初めて「量子優位性」を達成したコンピューターを設計したと主張しました。これは、量子ベースのコンピューターを使用して、従来のスーパーコンピューターを上回ることを指します。Jiuzhangは、Googleによって設計された量子コンピューターよりも約10億倍速いと報告されています。

近年、中国は量子コンピューティング分野に大量の投資を行っており、国家量子情報科学研究所の研究に約100億ドルを費やしています。さらに、中国は現在、量子ネットワークの世界的なリーダーの一つです。量子ネットワークは、量子力学を使用して、長距離を伝送されるデータを符号化します。

量子コンピューターは、量子粒子の独自の特性を利用して、従来のコンピューターよりも優れたパフォーマンスを実現します。クラシックコンピューターは、0と1の2つの状態のいずれかしか処理できません。二進数システムのビットは、データを表現するために0と1を使用し、量子ビット（qubit）と比較して本質的に限界があります。qubitは、同時に2つ以上の状態をとることができます。この特性により、量子コンピューターは、より複雑な問題を処理し、現在の最も優れたスーパーコンピューターよりもはるかに高速にタスクを実行できます。

長い間、量子コンピューターが現代のコンピューターを大幅に上回ることができるという仮説が存在しました。しかし、信頼性の高い量子コンピューターを生産することは、依然として進行中のエンジニアリングの課題です。量子コンピューターは、温度やその他の環境変数の変動を防ぐ制御された環境に配置される必要があります。世界中の研究グループは、量子コンピューターを構築するためのさまざまな方法を試験しています。Googleの量子コンピューターは、超伝導材料とチップを統合して構築されたのに対し、Jiuzhangは光学回路を使用しています。

Jiuzhangをテストするために、研究チームは、光を使用して数字のリストを生成する回路の出力を計算させました。このプロセスは、ガウシアン・ボソン・サンプリングと呼ばれます。目標は、可能な限り多くの光子を検出することでした。Jiuzhangは光学回路そのものであり、平均43個の光子を検出し、最大76個の光子を記録しました。

サイエンス誌に掲載された論文によると、量子コンピューターの各試行で数字のリストを生成するには約200秒かかりました。従来のスーパーコンピューターは、同じリストを生成するには約25億年かかります。如果同じ計算速度が他のタスクにも当てはまる場合、量子コンピューターは、従来のスーパーコンピューターよりも約100兆倍高速に計算を実行できます。

重要な点は、Jiuzhangが、ガウシアン・ボソン・サンプリングを中心とした狭い範囲のタスクのみを実行できることです。Jiuzhangは、汎用量子コンピューターではありません。しかし、実用的な量子コンピューターの開発への一歩です。

TechXploreの報道によると、Jiuzhangコンピューターは、光ベースのコンピューティング技術の進歩の最近の例ではありません。研究者チームは、視覚コンピューティング技術への光学コンピューティングの応用に関する最近の進歩を調査し、光学コンピューティングプラットフォームは、深層ニューラルネットワークと組み合わせて使用できる可能性があることを発見しました。

研究チームは、AIとともに光学コンピューティングのいくつかの例を調査し、光学デバイスを横切る光を使用してAI推論を行うと、新しい形式の視覚コンピューティング技術を作成できることを発見しました。これには、外部電源を必要とせずに、入力光を使用して計算を実行できる光学ニューラルネットワークが含まれます。

スマートホーム、リモートセンサー、自律走行車などのシステムで動作するAIデバイスは、周囲の環境を迅速に分析するために光を使用して、通常の電子コンピューターのパワーを強化できます。ハイブリッド光学コンピューターシステムは、従来のコンピューターの柔軟性と光学コンピューターの並列性および高速性を利用できます。