Computer quantistico. Il dispositivo Jiuzhang è molto più veloce dei supercomputer

Un team di scienziati cinesi ne ha uno Computer quantistico sviluppato che, secondo i suoi autori, dimostra la superiorità dei quanti. Il vantaggio del calcolatore Jiuzhang si manifesta nella velocità di elaborazione. Secondo il team di ricerca cinese, il loro computer quantistico ha impiegato solo 200 secondi per eseguire calcoli che avrebbero richiesto milioni di anni al computer convenzionale più veloce.

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

Nell'ottobre dello scorso anno, i funzionari di Google hanno confermato un precedente rapporto dei media sul raggiungimento della supremazia quantistica. Il computer Sycamore che hanno creato sembrava una svolta tanto attesa nel mondo Informatica quantistica essere. Gli ingegneri di Google hanno riferito che il loro computer quantistico ha risolto un problema in poco più di tre minuti che richiederebbe migliaia di anni anche alle migliori macchine convenzionali.

I computer quantistici possono superare di gran lunga le macchine convenzionali. L'obiettivo è creare il cosiddetto "Supremazia quantisticaIl computer Sycamore ha ottenuto questo vantaggio solo in un caso molto specifico. L'esperimento degli ingegneri di Google consisteva nell'esecuzione di operazioni casuali sui qubit e nella lettura del risultato. La frase risultante di cifre codificate in un sistema binario è stata controllata per assicurarsi che la loro distribuzione fosse davvero casuali Questi calcoli non sono particolarmente utili, ma hanno un impatto importante sulla potenza di calcolo del dispositivo.

Fonte immagine: Natura https://www.nature.com/articles/d41586-020-03434-7; HansenZhong

jiuzhang

I computer quantistici sono ancora un nuovo campo. Scienziati di tutto il mondo stanno lavorando a progetti molto diversi. In "Science", gli scienziati cinesi hanno fornito informazioni sul loro computer quantistico e sulle sue prestazioni. Tuttavia, il tuo computer è diverso dalla macchina di Google.

Sycamore si basa su qubit, cioè bit quantistici rappresentati da materiali superconduttori altamente raffreddati. Mentre i computer classici eseguono calcoli con bit che possono avere uno di due stati (solitamente rappresentati da 1 o 0), i bit quantistici, o qubit, possono esistere in più stati contemporaneamente. Ciò consente loro di risolvere i problemi più velocemente rispetto ai computer classici.

Ma sebbene le teorie che prevedono che il calcolo quantistico sconfiggerà questi calcoli classici esistono da decenni, costruire computer quantistici pratici si è rivelato molto più difficile.

Scienziati cinesi hanno creato un computer quantistico basato sui fotoni. Hanno usato i raggi laser per eseguire calcoli che erano praticamente impossibili su normali computer. Questo è ciò che è noto come gaussiano Campionamento del bosone (GBS). Jiuzhang ha realizzato in pochi minuti ciò che avrebbe richiesto milioni di anni sui migliori supercomputer esistenti.

Campionamento del bosone

Il problema con il campionamento dei bosoni è calcolare la distribuzione di probabilità di molti bosoni - categorie di particelle elementari inclusi i fotoni - le cui onde quantistiche interferiscono tra loro in modo che la posizione delle particelle sia essenzialmente tracciata. In altre parole, si tratta di calcolare la potenza di uscita di un circuito ottico lineare che ha più ingressi e uscite.

Scienziati cinesi hanno costruito una macchina in cui i fotoni vengono inviati parallelamente al circuito e una volta all'interno vengono separati da divisori di raggio o specchi. Vale la pena notare che quando due fotoni colpiscono lo stesso divisore di raggio contemporaneamente, prendono entrambi lo stesso percorso. Il compito del metodo di campionamento dei bosoni è quello di indovinare la distribuzione dei fotoni in uscita - da indovinare dalla configurazione dei fotoni all'ingresso della configurazione di uscita. I computer convenzionali si bloccano molto rapidamente in un vicolo cieco quando cercano di calcolare le distribuzioni di un tale sistema.

Jiuzhang è stato costruito per gestire 100 ingressi e 100 uscite con 300 beamsplitters e 75 specchi. L'intero sistema ottico era interconnesso in modo che ogni fotone potesse entrare nel sistema in qualsiasi punto e uscire di nuovo in qualsiasi punto.

Il computer Jiuzhang sviluppato da scienziati cinesi ha trovato una soluzione al problema della scansione del bosone in 200 secondi. Gli scienziati hanno anche stimato che tali calcoli sul supercomputer cinese TaihuLight (attualmente considerato il terzo supercomputer più potente al mondo) richiederebbero 2,5 miliardi di anni.