Chinese onderzoekers creëren optische schakeling-gestuurde quantum supercomputer

Een team van onderzoekers van verschillende onderzoeksinstellingen in heel China heeft onlangs quantum superioriteit aangetoond dankzij een fotonische quantumcomputer. Een onlangs gepubliceerde paper in het tijdschrift Science beschrijft de quantumcomputer als “Jiuzhang”.

Volgens LiveScience, is de quantumcomputer, die voornamelijk is ontworpen door onderzoekers aan de University of Science and Technology, aanzienlijk krachtiger dan de quantumcomputer die door Google in 2019 is ontworpen. In 2019 beweerde Google dat het de eerste computer had ontworpen die “quantum superioriteit” had bereikt, wat verwijst naar het gebruik van quantum-gebaseerde computers om traditionele supercomputers te overtreffen. Volgens rapporten is Jiuzhang ongeveer 10 miljard keer sneller dan de quantumcomputer die door Google is ontworpen.

In de afgelopen jaren heeft China enorme investeringen gedaan in het gebied van quantum computing, waarbij onderzoek werd gefinancierd aan het National Laboratory for Quantum Information Sciences voor ongeveer 10 miljard dollar. Bovendien is China momenteel een van de wereldleiders in quantumnetwerken. Quantumnetwerken maken gebruik van quantummechanica om gegevens te coderen tijdens de transmissie over lange afstanden.

Quantumcomputers maken gebruik van de unieke eigenschappen van quantumdeeltjes om betere prestaties te behalen dan traditionele computers. Klassieke computers kunnen alleen gegevens verwerken die in een van twee verschillende staten bestaan. Bits in dit binaire systeem gebruiken enen en nullen om gegevens te vertegenwoordigen en zijn inherent beperkt in vergelijking met quantumbits (qubits), die op hetzelfde moment in meer dan twee staten kunnen bestaan. Deze eigenschap stelt quantumcomputers in staat om complexere problemen aan te pakken en taken veel sneller te verwerken dan zelfs de beste supercomputers van vandaag.

Het is lange tijd theoretisch aangetoond dat quantumcomputers moderne computers aanzienlijk kunnen overtreffen, maar het produceren van een betrouwbare quantumcomputer is een technische uitdaging die nog steeds gaande is. Quantumcomputers moeten vaak in gecontroleerde omgevingen worden geplaatst die fluctuaties in temperatuur of andere omgevingsvariabelen voorkomen die de berekeningen van een quantumcomputer kunnen verstoren. Onderzoeksgroepen over de hele wereld hebben geëxperimenteerd met verschillende manieren om quantumcomputers te bouwen. Terwijl Google’s quantumcomputer gebruik maakte van supergeleidende materialen geïntegreerd met chips, maakt Jiuzhang gebruik van optische schakelingen.

Om Jiuzhang te testen, liet het onderzoeksteam het de uitvoer van een schakeling berekenen die licht gebruikt en een lijst met nummers retourneert. Dit proces wordt Gaussian Boson Sampling genoemd. Het doel was om zo veel mogelijk fotonen te detecteren. Jiuzhang is zelf een optische schakeling en het wist gemiddeld 43 fotonen te detecteren, met een record van 76 fotonen.

Volgens de paper die in Science is gepubliceerd, duurde het ongeveer 200 seconden om de lijst met nummers te genereren voor elke testrun van de quantumcomputer. Traditionele supercomputers zouden ongeveer 2,5 miljard jaar nodig hebben om dezelfde lijst met nummers te genereren. Als hetzelfde berekeningsniveau voor andere taken geldt, kunnen quantumcomputers berekeningen uitvoeren die ongeveer 100 biljoen keer sneller zijn dan traditionele supercomputers.

Het is belangrijk op te merken dat Jiuzhang alleen taken kan uitvoeren die binnen het smalle bereik vallen waarvoor het is ontwikkeld, namelijk taken die draaien om Gaussian Boson Sampling. Jiuzhang is geen algemene quantumcomputer. Het is echter een stap in de richting van de creatie van praktische quantumcomputers.

Volgens TechXplore, is de Jiuzhang-computer niet het enige recente voorbeeld van vooruitgang in lichtgebaseerde computertechnologie met potentieel voor invloed op kunstmatige intelligentie. Een team van onderzoekers heeft onlangs een overzicht gemaakt van recente vooruitgang op het gebied van de toepassing van optische computing op visueel-computertechnologieën en ontdekte dat optische computingsystemen potentieel kunnen worden gecombineerd met diepe neurale netwerken.

Het onderzoeksteam heeft verschillende voorbeelden van optische computing naast AI bestudeerd en ontdekte dat AI-inferentie op basis van licht dat over optische apparaten beweegt, kan worden gebruikt om nieuwe vormen van visueel-computertechnologieën te creëren. Deze omvatten optische neurale netwerken die snel objecten kunnen verwerken en classificeren zonder de behoefte aan een externe voedingsbron, waarbij ze afhankelijk zijn van het binnenkomende licht om de berekeningen uit te voeren.

AI-apparaten die werken in systemen zoals slimme huizen, afstandsensors en autonome voertuigen, kunnen de kracht van een reguliere elektronische computer verhogen door licht te gebruiken om snel objecten en de omgeving te analyseren. Hybride optische computersystemen kunnen zowel de flexibiliteit van traditionele computers als de parallelle verwerking en snelheid van optische computers benutten.