Chińscy naukowcy tworzą superkomputer kwantowy sterowany obwodami optycznymi

Zespół badaczy z różnych instytutów badawczych w całych Chinach wykazał niedawno supremację kwantową dzięki fotonicznemu komputerowi kwantowemu. Artykuł opublikowany niedawno w czasopiśmie Science opisuje komputer kwantowy jako „Jiuzhang”.

Jak podaje LiveScience, komputer kwantowy, zaprojektowany głównie przez naukowców z Uniwersytetu Górniczo-Hutniczego, ma podobno znacznie potężniejszą moc niż komputer kwantowy zaprojektowany przez Google w 2019 r. W 2019 r. Google twierdził, że zaprojektował pierwszy w historii komputer, który osiągnął „supremację kwantową” ”, który odnosi się do wykorzystania komputerów kwantowych w celu przewyższenia obecnych, tradycyjnych superkomputerów. Podobno Jiuzhang jest około 10 miliardów razy szybszy niż komputer kwantowy zaprojektowany przez Google.

W ciągu ostatnich kilku lat Chiny poczyniły ogromne inwestycje w dziedzinie obliczeń kwantowych, finansując badania w krajowym Laboratorium Nauk Informacyjnych Kwantowych za około 10 miliardów dolarów. Ponadto Chiny są obecnie jednym ze światowych liderów w dziedzinie sieci kwantowych. Sieci kwantowe wykorzystują mechanikę kwantową do kodowania danych przesyłanych na duże odległości.

Komputery kwantowe wykorzystują unikalne właściwości cząstek kwantowych, aby uzyskać lepszą wydajność niż tradycyjne komputery. Klasyczne komputery mogą przetwarzać tylko dane, które istnieją w jednym z dwóch różnych stanów. Bity w tym systemie binarnym wykorzystują zera i jedynki do reprezentowania danych i są z natury ograniczone w porównaniu z bitami kwantowymi (kubitami), które mogą istnieć w więcej niż dwóch stanach jednocześnie. Ta właściwość umożliwia komputerom kwantowym radzenie sobie z bardziej złożonymi problemami i przetwarzanie zadań znacznie szybciej niż nawet najlepsze dzisiejsze superkomputery.

Od dawna snuto teorię, że komputery kwantowe mogą radykalnie pokonać nowoczesne komputery, ale wyprodukowanie niezawodnego komputera kwantowego to wyzwanie inżynieryjne, które wciąż trwa. Komputery kwantowe często muszą być umieszczane w kontrolowanych środowiskach, które zapobiegają wahaniom temperatury lub innym zmiennym środowiskowym, które mogłyby zakłócić obliczenia komputera kwantowego. Grupy badawcze na całym świecie eksperymentowały z różnymi sposobami budowania komputerów kwantowych. Podczas gdy zwycięski komputer kwantowy Google opierał się na materiałach nadprzewodzących zintegrowanych z chipami, Jiuzhang opiera się na obwodach optycznych.

Aby przetestować Jizhanga, zespół badawczy zlecił obliczenie mocy wyjściowej obwodu wykorzystującego światło i zwracającego listę liczb. Proces ten jest znany jako Próbkowanie bozonu Gaussa. Celem było wykrycie jak największej liczby fotonów. Jiuzhang sam w sobie jest obwodem optycznym i udało mu się wykryć średnio 43 fotony, osiągając rekord 76 fotonów.

Według artykułu opublikowanego w czasopiśmie Science wygenerowanie listy liczb dla każdego uruchomienia próbnego komputera kwantowego trwało około 200 sekund. Tradycyjnym superkomputerom wygenerowanie tej samej listy liczb zajęłoby około 2.5 miliarda lat. Jeśli to samo tempo obliczeń sprawdzi się w przypadku innych zadań, komputery kwantowe będą w stanie wykonywać obliczenia około 100 bilionów razy szybciej niż tradycyjne superkomputery.

Należy zauważyć, że Jiuzhang może wykonywać jedynie wąski zakres zadań, dla których został opracowany, czyli tych, które skupiają się wokół próbkowania bozonu Gaussa. Jiuzhang nie jest zwykłym komputerem kwantowym. Jest to jednak krok w stronę stworzenia praktycznych komputerów kwantowych.

Jak donosi TechXplore, komputer Jiuzhang nie jest jedynym niedawnym przykładem postępu w technologii przetwarzania danych wykorzystujących światło, który może mieć potencjalny wpływ na sztuczną inteligencję. Zespół naukowców dokonał niedawno przeglądu najnowszych osiągnięć w zakresie zastosowania obliczeń optycznych w technologiach obliczeń wizualnych i stwierdził, że optyczne platformy obliczeniowe mogą potencjalnie łączyć się z głębokimi sieciami neuronowymi.

Zespół badawczy przestudiował kilka przykładów obliczeń optycznych wraz ze sztuczną inteligencją, aby odkryć, że wnioskowanie AI oparte na świetle przemieszczającym się przez urządzenia optyczne można wykorzystać do tworzenia nowych form technologii wizualno-komputerowych. Należą do nich optyczne sieci neuronowe, które mogą szybko przetwarzać i klasyfikować obiekty bez konieczności stosowania zewnętrznego źródła zasilania, opierając się na przychodzącym świetle do zasilania obliczeń.

Urządzenia AI działające w systemach takich jak inteligentne domy, zdalne czujniki i pojazdy autonomiczne mogą zwiększyć moc zwykłego komputera elektronicznego, wykorzystując światło do szybkiej analizy obiektów i środowiska otaczającego ten obiekt. Hybrydowe optyczne systemy komputerowe mogłyby wykorzystać zarówno elastyczność tradycyjnych komputerów, jak i równoległość i szybkość komputerów optycznych.