Cercetători chinezi creează un supercomputer cuantic condus de circuite optice

O echipă de cercetători din diverse institute de cercetare din China a demonstrat recent supremația cuantică datorită unui computer cuantic fotonic. Un articol publicat recent de revista Science descrie computerul cuantic ca “Jiuzhang”.

După cum a raportat LiveScience, computerul cuantic, proiectat în principal de cercetători de la Universitatea de Știință și Tehnologie, este aparent mult mai puternic decât computerul cuantic proiectat de Google în 2019. În 2019, Google a afirmat că a proiectat primul computer care a atins “supremația cuantică”, care se referă la utilizarea calculatoarelor cuantice pentru a depăși calculatoarele clasice actuale. Conform rapoartelor, Jiuzhang este de aproximativ 10 miliarde de ori mai rapid decât computerul cuantic proiectat de Google.

În ultimii ani, China a făcut investiții masive în domeniul calculului cuantic, finanțând cercetarea la Laboratorul Național pentru Științe ale Informației Cuantice cu aproximativ 10 miliarde de dolari. În plus, China este în prezent una dintre liderii mondiali în rețele cuantice. Rețelele cuantice utilizează mecanica cuantică pentru a codifica datele în timp ce sunt transmise pe distanțe lungi.

Calculatoarele cuantice folosesc proprietățile unice ale particulelor cuantice pentru a obține o performanță mai bună decât calculatoarele clasice. Calculatoarele clasice pot procesa doar date care există în una dintre două stări diferite. Biții în acest sistem binar utilizează 1 și 0 pentru a reprezenta datele și sunt în mod inerent limitați în comparație cu biții cuantici (qubiți), care pot exista în mai mult de două stări în același timp. Această proprietate permite calculatoarelor cuantice să gestioneze probleme mai complexe și să proceseze sarcini mult mai rapid decât cele mai bune supercalculatoare de astăzi.

A fost teoretizat de mult timp că calculatoarele cuantice ar putea să depășească semnificativ calculatoarele moderne, dar producerea unui calculator cuantic fiabil este o provocare inginerească care este încă în desfășurare. Calculatoarele cuantice au nevoie adesea să fie amplasate în medii controlate care previn fluctuațiile de temperatură sau alte variabile de mediu care ar putea perturba calculele unui calculator cuantic. Grupurile de cercetare din întreaga lume au experimentat cu diferite moduri de a construi calculatoare cuantice. În timp ce calculatorul cuantic al lui Google s-a bazat pe materiale superconductoare integrate cu cipuri, Jiuzhang se bazează pe circuite optice.

Pentru a testa Jiuzhang, echipa de cercetare l-a făcut să calculeze ieșirea unui circuit care utilizează lumina și returnează o listă de numere. Acest proces este cunoscut sub numele de Gaussian Boson Sampling. Scopul a fost de a detecta cât mai multe fotoni. Jiuzhang este el însuși un circuit optic și a reușit să detecteze în medie 43 de fotoni, stabilind un record de 76 de fotoni.

Conform articolului publicat în Science, a durat aproximativ 200 de secunde pentru a genera lista de numere pentru fiecare rundă de testare a calculatorului cuantic. Calculatoarele superclasice ar dura aproximativ 2,5 miliarde de ani pentru a genera aceeași listă de numere. Dacă aceeași rată de calcul se menține și pentru alte sarcini, calculatoarele cuantice ar putea să efectueze calcule de aproximativ 100 de trilioane de ori mai rapid decât calculatoarele superclasice.

Este important de remarcat că Jiuzhang poate efectua doar o gamă îngustă de sarcini pentru care a fost dezvoltat, și anume cele care se învârt în jurul Gaussian Boson Sampling. Jiuzhang nu este un calculator cuantic general. Cu toate acestea, este un pas către crearea de calculatoare cuantice practice.

După cum a raportat TechXplore, calculatorul Jiuzhang nu este singurul exemplu recent de avansuri în tehnologia de calcul bazată pe lumină care ar putea avea impact asupra inteligenței artificiale. O echipă de cercetători a examinat recent progresele legate de aplicarea calculului optic la tehnologiile de calcul vizual, constatând că platformele de calcul optic pot potrivit cu rețelele neuronale profunde.

Echipa de cercetare a studiat mai multe exemple de calcul optic alături de inteligență artificială pentru a constata că inferența inteligenței artificiale bazată pe mișcarea luminii peste dispozitive optice poate fi utilizată pentru a crea noi forme de tehnologii de calcul vizual. Acestea includ rețele neuronale optice care pot procesa și clasifica rapid obiecte fără a necesita o sursă de alimentare externă, bazându-se pe lumina incidentă pentru a alimenta calculele.

Dispozitivele de inteligență artificială care funcționează în sisteme precum casele inteligente, senzorii remoto și vehiculele autonome ar putea îmbunătăți puterea unui calculator electronic obișnuit prin utilizarea luminii pentru a analiza rapid obiectele și mediul înconjurător. Sistemele de calcul hibride optice-ar putea valorifica atât flexibilitatea calculatoarelor tradiționale, cât și paralelismul și viteza calculatoarelor optice.