Kinesiske forskere utvikler optisk kredsløbsdrevet kvantum-superdatamaskin

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

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

I de siste årene har Kina investert massive summer i kvantdatabehandling, 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 verdens ledere i kvantnnettverk. Kvantnnettverk bruker kvantemekanikk til å kode data som 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 binære systemet bruker enere og nuller til å representere data, og er innebygget begrenset sammenlignet med kvantebits (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, men å produsere en pålitelig kvantdator er en teknisk utfordring som fortsatt pågår. Kvantdatorer trenger ofte å plasseres i kontrollerte miljøer som forhindrer fluktuasjoner i temperatur eller andre miljøvariable som kunne forstyrre en kvantdators beregninger. Forskningsgrupper over hele verden har eksperimentert med ulike måter å bygge kvantdatorer på. Mens Googles kvantdator baserte seg på superledende materialer integrert med chip, baserer Jiuzhang seg på optiske kredsløb.

For å teste Jizhang, lot forskningsteamet det beregne utdata fra en kredsløb som bruker lys og returnerer en liste med tall. Denne prosessen er kjent som Gaussian Boson Sampling. Målet var å detektere så mange fotoner som mulig. Jiuzhang er selv et optisk kredsløb, og det klarte å detektere i gjennomsnitt 43 fotoner, med en rekord på 76 fotoner.

Ifølge artikkelen som ble publisert i Science, tok det omtrent 200 sekunder å generere listen med tall for hver testkjøring av kvantdator. Tradisjonelle superdatamaskiner ville ta omtrent 2,5 milliarder år å generere den samme listen med tall. Hvis den samme beregningsraten holder for andre oppgaver, kan kvantdatorer kanskje utføre beregninger omtrent 100 billioner ganger raskere enn tradisjonelle superdatamaskiner.

Det er viktig å merke seg at Jiuzhang bare kan utføre et smalt spekter av oppgaver som det ble utviklet for, nemlig Gaussian Boson Sampling. Jiuzhang er ikke en generell kvantdator. Men det er et skritt mot å skape 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 datateknologi til visuell datateknologi, og fant at optisk datateknologi kan potensielt sammenflettes med dype neurale nettverk.

Forskningsgruppen studerte flere eksempler på optisk datateknologi sammen med kunstig intelligens, og fant at kunstig intelligens-basert inferens basert på lys som beveger seg over optiske enheter kan brukes til å skape nye former for visuell datateknologi. Dette inkluderer optiske neurale nettverk som kan prosessere og klassifisere objekter raskt uten behov for en ekstern strømkilde, og som baserer seg på 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 analysere objekter og omgivelsene rundt objektet raskt. Hybrid optisk datamaskinsystemer kan utnytte både fleksibiliteten til tradisjonelle datamaskiner og parallellismen og hastigheten til optiske datamaskiner.