Der erste voll programmierbare optische Quantencomputer kommt auf den Markt: 7,8 Billionen Mal leistungsstärker als der leistungsstärkste Supercomputer Fugaku

Supercomputer werden normalerweise zur Lösung von Problemen eingesetzt, die von klassischen Computern nicht gelöst werden können. Was ist, wenn die Geschwindigkeit von Supercomputern nicht ausreicht? Jetzt kann ein neuartiger photonischer Quantencomputer eine Aufgabe, für die ein herkömmlicher Supercomputer mehr als 9.000 Jahre benötigen würde, in nur 36 Mikrosekunden erledigen.

Dieser photonische Quantencomputer namens Borealis ist die erste Maschine, die der Öffentlichkeit über die Cloud Quantenvorteile bieten kann.

Theoretisch haben Quantencomputer Quantenvorteile und können Antworten auf Probleme finden, die klassische Computer nicht lösen können. Die Rechenleistung von Quantencomputern steigt exponentiell mit der Anzahl der Qubits.

Sowohl Technologieriesen wie Google, IBM, Amazon als auch Startups wie IonQ setzen auf Qubits, die auf supraleitenden Schaltkreisen oder Ionenfallen basieren. Ein Nachteil dieser Methoden besteht darin, dass sie alle extrem niedrige Temperaturen erfordern, da Hitze Qubits zerstören kann und Systeme zur Kontrolle niedriger Temperaturen sehr teuer sind.

Im Gegensatz dazu können auf Photonen-Qubits basierende Quantencomputer im Prinzip bei Raumtemperatur betrieben werden und können problemlos in bestehende faserbasierte Telekommunikationssysteme integriert werden, was möglicherweise dazu beiträgt, Quantencomputer an leistungsstarke Netzwerke und sogar an das Quanteninternet anzuschließen .

In den letzten Jahren wurden nacheinander Quantencomputer wie Sycamore und Jiuzhang auf den Markt gebracht. Unter ihnen ist Jiuzhang-2 ein photonenbasierter Quantencomputer-Prototyp, der von der Universität für Wissenschaft und Technologie in China entwickelt wurde. Beim Gaußschen Bose-Abtastproblem beträgt die Verarbeitungsgeschwindigkeit von Jiuzhang-2 das Milliardenfache (10 hoch 24). schneller als der schnellste Supercomputer.

Der Hauptnachteil des Nine Chapter Two besteht darin, dass es auf festen reflektierenden Spiegeln und Linsen basiert. Es ist daher nicht programmierbar, was seine Gesamtanwendung einschränkt.

Jetzt hat das in Toronto ansässige Quantencomputer-Startup Xanadu in einer neuen Studie mit dem Titel „Quantum Computing Superiority of Programmable Photonic Processors“ ein brandneues Gerät vorgestellt, Borealis, das möglicherweise der erste vollständig programmierbare photonische Quantencomputer ist . Diese Forschung wurde am 1. Juni offiziell in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Link zum Papier: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04725-x.pdf

„Borealis ist der erste Computer für jeden mit einer Internetverbindung „Eine öffentlich zugängliche Maschine mit den Vorteilen des Quantencomputings“, sagte Jonathan Lavoie, leitender Autor der Studie und Leiter des Xanadu Systems Integration Teams. In Borealis bestehen Qubits aus sogenannten „gequetschten Zuständen“, die in Lichtimpulsen gebildet werden. Es besteht aus der Überlagerung mehrerer Photonen. Aufgrund der surrealen Natur der Quantenphysik können traditionelle Qubits in einem Zustand namens Superposition existieren, in dem sie 0 oder 1 Daten darstellen können, während gequetschte Zustände in Zuständen von 0, 1, 2, 3 oder mehr existieren können.

Borealis ist in der Lage, bis zu 216 Sequenzen komprimierter Lichtimpulse zu erzeugen. „Es ist wichtig zu erkennen, dass Borealis nicht einem herkömmlichen 216-Qubit-Gerät entspricht. Da es Qubits in einem komprimierten Zustand verwendet, erledigt es andere Quantenaufgaben als Geräte, die auf Qubits mit supraleitenden Schaltkreisen oder Ionenfallen basieren“, sagte Lavoie.

Hochdimensionales GBS von einem voll programmierbaren photonischen Prozessor.

In dem Experiment testeten die Forscher Borealis in einer Aufgabe namens Gaussian Boson Sampling, bei der sie eine Maschine zur Analyse zufälliger Datenfelder verwendeten. Die Probenahme von Gaußschen Bosonen könnte viele praktische Anwendungen haben, beispielsweise die Identifizierung, welche Moleküle am besten zueinander passen.

In früheren Arbeiten konnte Jiuzhang-2 bis zu 113 Photonen in 144 komprimierten Lichtimpulsen nachweisen. In dieser Arbeit entdeckte Borealis bis zu 219 Photonen in seiner Folge komprimierter Lichtimpulse, verglichen mit dem typischen Wert von 125. Insgesamt schätzen Wissenschaftler, dass

Borealis im Jahr 2021 die Gaußsche Bosonen-Probenahme 7,8 Billionen Mal schneller durchführen kann als Fugaku, der schnellste konventionelle Supercomputer der Welt.

Ein wichtiger Fortschritt von Borealis ist der Einsatz von Photonenzahl-auflösenden Detektoren. Frühere Maschinen verwendeten Schwellenwertdetektoren, die nur zwischen „kein Photon erkannt“ und „mindestens ein Photon erkannt“ unterscheiden konnten. Lavoie sagte, dass die Größe der Rechenprobleme, die ein Photonen-Quantencomputer lösen kann, exponentiell mit der Anzahl der Photonen wächst, die er erkennen kann, sodass der Photonenzahl-auflösende Detektor es Borealis ermöglicht, mehr als 50 Millionen Mal schneller zu laufen als frühere Photonen-Quantencomputer. . Xanadu macht Borealis über die Cloud für jedermann verfügbar. „Wir arbeiten auch mit Partnern zusammen, um es breiter verfügbar zu machen“, sagte Lavoie. „Wir hoffen, dass seine öffentliche Verfügbarkeit weitere Forschungen zum Quantenvorteil und zur Gaußschen Bosonenprobenahme im Allgemeinen anregen wird.“ Das wertvollste Problem in der Informatik. Viele der Technologien und Erkenntnisse, die beim Bau von Borealis gewonnen wurden, werden in die Architektur der [zukünftigen Modelle] einfließen.

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