Kvantuma komputilo. La Jiuzhang-aparato estas multe pli rapida ol superkomputiloj

Teamo de ĉinaj sciencistoj havas unu Kvantuma komputilo disvolvita, kiu laŭ ĝiaj aŭtoroj montras la superecon de kvantoj. La avantaĝo de la kalkulilo Jiuzhang manifestiĝas en la komputila rapideco. Laŭ la ĉina esplora teamo, ilia kvantuma komputilo bezonis nur 200 sekundojn por fari kalkulojn, kiuj bezonus la plej rapidan konvencian komputilon milionojn da jaroj.

naturo https://www.nature.com/articles/d41586-020-03434-7

En oktobro de la pasinta jaro, oficialuloj de Google konfirmis pli fruan amaskomunikilan raporton pri atingado de kvantuma supereco. La Sycamore-komputilo, kiun ili kreis, ŝajnis longatendita sukceso en la Kvantuma komputado esti. Google-inĝenieroj raportis, ke ilia kvantuma komputilo solvis problemon en iom pli ol tri minutoj, kiu bezonus eĉ la plej bonajn konvenciajn maŝinojn milojn da jaroj por solvi.

Kvantaj komputiloj povas multe superi konvenciajn maŝinojn. La celo estas krei la tiel nomatan "Kvanta SuperecoLa komputilo Sycamore atingis ĉi tiun avantaĝon nur en tre specifa kazo. La eksperimento de la inĝenieroj de Google konsistis en fari hazardajn operaciojn sur kvbitoj kaj legi la rezulton. La rezulta frazo de ciferoj koditaj en duuma sistemo estis kontrolita por certigi, ke ilia distribuo estas Ĉi tiuj kalkuloj ne estas aparte utilaj, sed ili havas grandan efikon sur la komputila potenco de la aparato.

Bildfonto: naturo https://www.nature.com/articles/d41586-020-03434-7; Hansen Zhong

jiuzhang

Kvantaj komputiloj estas ankoraŭ nova kampo. Sciencistoj tra la mondo laboras pri tre malsamaj projektoj. En "Scienco", ĉinaj sciencistoj donis informojn pri sia kvantuma komputilo kaj ĝia agado. Tamen via komputilo diferencas de la maŝino de Google.

Sicomoro baziĝas sur kvbitoj, do kvantumaj bitoj, kiujn reprezentas tre malvarmetigitaj superkonduktaj materialoj. Dum klasikaj komputiloj plenumas kalkulojn kun bitoj, kiuj povas havi unu el du statoj (kutime reprezentitaj per 1 aŭ 0), la kvantumaj bitoj aŭ kvbitoj povas ekzisti en pluraj statoj samtempe. Ĉi tio ebligas al ili solvi problemojn pli rapide ol klasikaj komputiloj.

Sed kvankam la teorioj, kiuj antaŭdiras, ke kvantuma komputado venkos ĉi tiujn klasikajn komputadojn, ekzistas de jardekoj, konstrui praktikajn kvantumajn komputilojn montriĝis multe pli malfacila.

Sciencistoj el Ĉinio kreis kvantuman komputilon bazitan sur fotonoj. Ili uzis laserajn radiojn por fari kalkulojn preskaŭ neeblajn en normalaj komputiloj. Jen kion oni nomas gaŭsa Bosona specimenigo (GBS). Jiuzhang plenumis post minutoj tion, kio bezonus milionojn da jaroj sur la plej bonaj superkomputiloj ekzistantaj.

Specimenigo de la bosono

La problemo kun bosona specimenado estas kalkuli la probablan distribuon de multaj bosonoj - kategorioj de elementaj partikloj inkluzive de fotonoj - kies kvantumaj ondoj malhelpas unu la alian tiel ke la pozicio de la partikloj estas esence grafita. Alivorte, temas pri kalkulado de la eliga potenco de lineara optika cirkvito, kiu havas plurajn enirojn kaj elirojn.

Ĉinaj sciencistoj konstruis maŝinon, en kiu la fotonoj estas senditaj paralele al la cirkvito, kaj iam interne ili estas apartigitaj per faskaj disigiloj aŭ speguloj. Indas rimarki, ke kiam du fotonoj samtempe trafas la saman faskon, ili ambaŭ prenas la saman vojon. La tasko de la bosona specimenmetodo estas diveni la distribuon de la fotonoj ĉe la eliro - diveni laŭ la fotona agordo ĉe la eniro de la eliga agordo. Konvenciaj komputiloj tre rapide blokiĝas en sakstrato kiam provas komputi la distribuojn de tia sistemo.

Jiuzhang estis konstruita por pritrakti 100 enirojn kaj 100 elirojn per 300 faskoj kaj 75 speguloj. La tuta optika sistemo estis interligita tiel ke ĉiu fotono povis eniri la sistemon en iu ajn punkto kaj eliri denove en iu ajn punkto.

La komputilo Jiuzhang disvolvita de ĉinaj sciencistoj trovis solvon al la problemo skani la bosonon en 200 sekundoj. La sciencistoj ankaŭ taksis, ke tiaj kalkuloj pri la ĉina superkomputilo TaihuLight (nuntempe konsiderata la tria plej potenca superkomputilo en la mondo) daŭros 2,5 miliardojn da jaroj.