Kinesiske forskere utvikler optisk krets-drevet kvantum-superdatamaskin

Et team av forskere fra ulike forskningsinstitutter i Kina har nylig demonstrert kvantum-overlegenhet takket være en fotisk kvantdator. En artikkel nylig publisert i tidsskriftet Science beskriver kvantdator som “Jiuzhang”.

Ifølge LiveScience, kvantdator, hovedsakelig designet av forskere ved University of Science and Technology, er ifølge rapporter betydelig mer kraftfull enn kvantdator designet av Google i 2019. I 2019 hevdet Google at de hadde designet den første datamaskinen som noen gang hadde oppnådd “kvantum-overlegenhet”, som refererer til bruk av kvantebaserte datamaskiner for å overgå nåværende, tradisjonelle superdatamaskiner. Ifølge rapporter er Jiuzhang omtrent 10 milliarder ganger raskere enn kvantdator designet av Google.

I de siste årene har Kina investert massive summer i kvantdatamaskin-området, og har finansiert forskning ved nasjonens National Laboratory for Quantum Information Sciences for omtrent 10 milliarder dollar. I tillegg er Kina for tiden en av verdenslederne i kvantnettverk. Kvantnettverk bruker kvantemekanikk til å kode data mens det overføres over lange avstander.

Kvantdatorer utnytter de unike egenskapene til kvantepartikler for å oppnå bedre ytelse enn tradisjonelle datamaskiner. Klassiske datamaskiner kan bare prosessere data som eksisterer i ett av to ulike tilstander. Bits i dette binærsystemet bruker enere og nuller til å representere data, og er innebygget begrenset sammenlignet med kvantebiter (qubits), som kan eksistere i mer enn to tilstander samtidig. Denne egenskapen gjør det mulig for kvantdatorer å håndtere mer komplekse problemer og prosessere oppgaver mye raskere enn selv de beste superdatamaskinene i dag.

Det har lenge vært teorert at kvantdatorer kunne slå moderne datamaskiner dramatisk, men å produsere en pålitelig kvantdator er en ingeniørutfordring som fortsatt pågår. Kvantdatorer trenger ofte å plasseres i kontrollerte miljøer som forhindrer fluktuasjoner i temperatur eller andre miljøvariable som kunne kaste av en kvantdators beregninger. Forskningsgrupper over hele verden har eksperimentert med ulike måter å bygge kvantdatorer på. Mens Googles kvantdator avhengig av superledende materialer integrert med brikker, avhenger Jiuzhang av optiske kretser.

For å teste Jizhang, hadde forskningsteamet det til å beregne utgangen av en krets som bruker lys og returnerer en liste over tall. Denne prosessen er kjent som Gaussian Boson Sampling. Målet var å detektere så mange fotoner som mulig. Jiuzhang er en optisk krets selv og det lyktes å detektere i gjennomsnitt 43 fotoner, og slo rekorden med 76 fotoner.

Ifølge artikkelen publisert i Science, tok det omtrent 200 sekunder å generere listen over tall for hver forsøkskjøring av kvantdator. Tradisjonelle superdatamaskiner ville ta omtrent 2,5 milliarder år å generere den samme listen over tall. Hvis samme beregningshastighet gjelder for andre oppgaver, kan kvantdatorer utføre beregninger omtrent 100 billioner ganger raskere enn tradisjonelle superdatamaskiner.

Det er viktig å merke seg at Jiuzhang bare kan utføre en smal rekke av oppgaver som det ble utviklet for, som sentrerer rundt Gaussian Boson Sampling. Jiuzhang er ikke en generell kvantdator. Men det er et skritt mot skapelsen av praktiske kvantdatorer.

Ifølge TechXplore, er Jiuzhang-datamaskinen ikke det eneste nylige eksempelet på fremgang i lysbasert datateknologi som kan ha potensielle impakter på kunstig intelligens. Et team av forskere har nylig gjennomgått nylige fremgang i anvendelsen av optisk datamaskin til visuell-datateknologier, og fant at optiske datamaskinplattformer kan potensielt sammenflettes med dype neurale nettverk.

Forskningsgruppen studerte flere eksempler på optisk datamaskin sammen med kunstig intelligens for å finne at kunstig intelligens-basert på lys som beveger seg over optiske enheter kunne brukes til å skape nye former for visuell-datateknologier. Disse inkluderer optiske neurale nettverk som kan raskt prosessere og klassifisere objekter uten behov for en ekstern strømforsyning, og som avhenger av innkommende lys til å drive beregningene.

Kunstig intelligens-enheter som opererer i systemer som smarte hjem, fjernsensorene og autonome kjøretøy kan forbedre kraften til en vanlig elektronisk datamaskin ved å bruke lys til å raskt analysere objekter og omgivelsene rundt objektet. Hybrid optisk datamaskin-systemer kan utnytte både fleksibiliteten til tradisjonelle datamaskiner og parallelle og hastigheten til optiske datamaskiner.