Calculator cuantic. Dispozitivul Jiuzhang este mult mai rapid decât supercomputerele

O echipă de oameni de știință chinezi are una Computer cuantic dezvoltat care, conform autorilor săi, demonstrează superioritatea cuantelor. Avantajul calculatorului Jiuzhang se manifestă prin viteza de calcul. Potrivit echipei de cercetare chineze, computerul lor cuantic a luat doar 200 de secunde pentru a efectua calcule care ar dura cel mai rapid computer convențional cu milioane de ani până la finalizare.

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

În octombrie anul trecut, oficialii Google au confirmat un raport anterior al presei privind obținerea supremației cuantice. Computerul Sycamore pe care l-au creat părea o descoperire mult așteptată în Calcul cuantic a fi. Inginerii Google au raportat că computerul lor cuantic a rezolvat o problemă în puțin peste trei minute care ar dura chiar și cele mai bune mașini convenționale de mii de ani pentru a fi rezolvate.

Calculatoarele cuantice pot depăși cu mult mașinile convenționale. Scopul este de a crea așa-numitul „Supremația cuanticăComputerul Sycamore a obținut acest avantaj doar într-un caz foarte specific. Experimentul inginerilor Google a constat în efectuarea de operații aleatorii pe qubituri și citirea rezultatului. Propoziția rezultată a cifrelor codate într-un sistem binar a fost verificată pentru a se asigura că distribuția lor este Aceste calcule nu sunt deosebit de utile, dar au un impact major asupra puterii de calcul a dispozitivului.

Sursa imaginii: Natură https://www.nature.com/articles/d41586-020-03434-7; Hansen Zhong

jiuzhang

Calculatoarele cuantice sunt încă un domeniu nou. Oamenii de știință din întreaga lume lucrează la proiecte foarte diferite. În „Știință”, oamenii de știință chinezi au furnizat informații despre computerul lor cuantic și performanța acestuia. Cu toate acestea, computerul dvs. este diferit de computerul Google.

Sycamore se bazează pe qubits, adică biți cuantici care sunt reprezentați de materiale supraconductoare foarte răcite. În timp ce computerele clasice efectuează calcule cu biți care pot avea una din cele două stări (de obicei reprezentate prin 1 sau 0), biții cuantici sau qubiți pot exista în mai multe stări în același timp. Acest lucru le permite să rezolve problemele mai rapid decât computerele clasice.

Dar, deși teoriile care prezic că calculul cuantic va învinge aceste calcule clasice există de zeci de ani, construirea de calculatoare cuantice practice s-a dovedit mult mai dificilă.

Oamenii de știință din China au creat un computer cuantic bazat pe fotoni. Au folosit raze laser pentru a face calcule care erau practic imposibile pe computerele normale. Aceasta este ceea ce este cunoscut sub numele de Gaussian Eșantionarea bosonului (GBS). Jiuzhang a realizat în câteva minute ceea ce ar dura milioane de ani pe cele mai bune supercomputere existente.

Eșantionarea bosonului

Problema cu eșantionarea bosonilor este de a calcula distribuția probabilității multor bosoni - categorii de particule elementare, inclusiv fotoni - ale căror unde cuantice interferează între ele, astfel încât poziția particulelor să fie în esență reprezentată grafic. Cu alte cuvinte, este vorba despre calcularea puterii de ieșire a unui circuit optic liniar care are mai multe intrări și ieșiri.

Oamenii de știință chinezi au construit o mașină în care fotonii sunt trimiși în paralel cu circuitul și, odată intrați, sunt separați de separatoare de fascicule sau oglinzi. Este demn de remarcat faptul că atunci când doi fotoni lovesc același splitter de fascicul în același timp, ambii iau aceeași cale. Sarcina metodei de eșantionare a bosonului este de a ghici distribuția fotonilor la ieșire - de a ghici din configurația fotonului la intrarea configurației de ieșire. Calculatoarele convenționale se blochează foarte repede într-o fundătură atunci când încearcă să calculeze distribuțiile unui astfel de sistem.

Jiuzhang a fost construit pentru a gestiona 100 de intrări și 100 de ieșiri cu 300 de fascicule și 75 de oglinzi. Întregul sistem optic a fost interconectat astfel încât fiecare foton să poată intra în sistem în orice punct și să iasă din nou în orice punct.

Calculatorul Jiuzhang dezvoltat de oamenii de știință chinezi a găsit o soluție la problema scanării bosonului în 200 de secunde. Oamenii de știință au estimat, de asemenea, că astfel de calcule pe supercomputerul chinez TaihuLight (considerat în prezent al treilea cel mai puternic supercomputer din lume) ar dura 2,5 miliarde de ani.