Chinese onderzoekers creëren optische circuit-gestuurde kwantum-supercomputer

Een team van onderzoekers van verschillende onderzoeksinstellingen in China heeft onlangs kwantum-suprematie gedemonstreerd dankzij een fotonische kwantumcomputer. Een artikel dat onlangs is gepubliceerd in het tijdschrift Science, beschrijft de kwantumcomputer als “Jiuzhang”.

Volgens LiveScience, is de kwantumcomputer, die voornamelijk is ontworpen door onderzoekers aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie, aanzienlijk krachtiger dan de kwantumcomputer die door Google (GOOGL ) in 2019 is ontworpen. In 2019 beweerde Google dat het de eerste computer had ontworpen die “kwantum-suprematie” had bereikt, wat verwijst naar het gebruik van kwantum-gebaseerde computers om traditionele supercomputers te overtreffen. Volgens rapporten is Jiuzhang ongeveer 10 miljard keer sneller dan de kwantumcomputer die door Google is ontworpen.

In de afgelopen jaren heeft China enorme investeringen gedaan in het gebied van kwantumcomputing, waarbij onderzoek werd gefinancierd aan het Nationaal Laboratorium voor Kwantum-informatiewetenschappen voor ongeveer 10 miljard dollar. Bovendien is China momenteel een van de wereldleiders in kwantumnetwerken. Kwantumnetwerken maken gebruik van kwantummechanica om gegevens te coderen terwijl ze over lange afstanden worden verzonden.

Kwantumcomputers maken gebruik van de unieke eigenschappen van kwantumdeeltjes 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 representeren en zijn inherent beperkt in vergelijking met kwantumbits (qubits), die tegelijkertijd in meer dan twee staten kunnen bestaan. Deze eigenschap stelt kwantumcomputers in staat om complexere problemen aan te pakken en taken veel sneller te verwerken dan zelfs de beste supercomputers van vandaag.

Er is langdurig gespeculeerd dat kwantumcomputers moderne computers aanzienlijk zouden kunnen overtreffen, maar het produceren van een betrouwbare kwantumcomputer is een technische uitdaging die nog steeds gaande is. Kwantumcomputers moeten vaak in gecontroleerde omgevingen worden geplaatst die fluctuaties in temperatuur of andere omgevingsvariabelen voorkomen die de berekeningen van een kwantumcomputer zouden kunnen verstoren. OnderzoeksGroepen over de hele wereld hebben geëxperimenteerd met verschillende manieren om kwantumcomputers te bouwen. Terwijl Google’s kwantumcomputer afhankelijk was van supergeleidende materialen geïntegreerd met chips, is Jiuzhang afhankelijk van optische circuits.

Om Jiuzhang te testen, had het onderzoeksteam het berekend om de uitvoer van een circuit te berekenen dat 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 optisch circuit en het slaagde erin om gemiddeld 43 fotonen te detecteren, met een record van 76 fotonen.

Volgens het artikel dat in Science is gepubliceerd, duurde het ongeveer 200 seconden om de lijst met nummers te genereren voor elke testrun van de kwantumcomputer. 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 kwantumcomputers berekeningen ongeveer 100 biljoen keer sneller uitvoeren dan traditionele supercomputers.

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

Volgens TechXplore is de Jiuzhang-computer niet het enige recente voorbeeld van vooruitgang in licht-gebaseerde computingtechnologie 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-computingtechnologieën en ontdekte dat optische computingplatforms potentieel kunnen worden geïntegreerd met diepe neurale netwerken.

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

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