کامپیوتر کوانتومی، در ۳۶ میکروثانیه محاسبه‌ای را که ۹ هزار سال طول می‌کشید انجام داد

پژوهشگران که از موسسه فناوری‌های کوانتومی زانادو کانادا (https://www.xanadu.ai/) و مؤسسه ملی استاندارد و فناوری ایالات متحده هستند می‌گویند رایانه کوانتومی آن‌ها به مرز جدید در مزیت‌های محاسباتی دست یافته است.

فیزیکدانان کوانتومی (از چپ به راست) فابین رورتایس، محسن فلامرزی عسکرانی، لارس مدسن، جاناتان لاووی و فابیان لادنباخ در شرکت Xanadu Quantum Technologies در تورنتو.
پشت سر آنها Borealis قرار دارد، یکی از اولین کامپیوترهای کوانتومی در جهان که نسبت به سیستم های کامپیوتری معمولی برتری دارد.

یک کامپیوتر کوانتومی جدید Borealis به مزیت محاسباتی دست می یابد
آیا این می تواند پیشرفتی باشد که کامپیوترهای کوانتومی را از نظر تجاری مرتبط می کند؟

به نظر می رسد پیشرفت های کامپیوتری کوانتومی همیشه اتفاق می افتد، اما تا الان، این فناوری استفاده گسترده ای کاربردی را به خود ندیده است.

بر اساس مقاله ای که توسط The Globe and Mail در روز چهارشنبه منتشر شد، اکنون شرکت کانادایی Xanadu Quantum Technologies با دستگاه جدیدی که می تواند در یک کار خاص از هر ابرکامپیوتری در جهان پیشی بگیرد، به پیشرفت چشمگیری دست یافته است.

دستیابی به “مزیت کوانتومی”
Xanadu یک کامپیوتر کوانتومی به نام Borealis را مهندسی کرده است که به “مزیت کوانتومی” دست یافته است و نتیجه ای سریع ارائه می دهد که فراتر از توانایی فعلی سیستم های رایانه ای سنتی است. این نتیجه تحویل یک سری اعداد با دامنه احتمال مشخص در تنها 36 میکرو ثانیه بود.

برای مقایسه، انجام این کار برای قدرتمندترین ابررایانه های موجود امروزی بیش از 9000 سال طول می کشد.

کریستین ویدبروک، بنیانگذار و مدیر اجرایی Xanadu، به The Globe and Mail گفت: “این چیزی است که ما فکر می کنیم در این مورد واقعا عالی است.” بسیاری از این پیشرفت‌ها همان چیزی است که ما برای رسیدن به یک کامپیوتر کوانتومی که برای مشتریان مفید است به آن نیاز داریم.»

مهمترین بخش این پیشرفت این است که نشان می دهد صنعت در مسیری به سوی محاسبات کوانتومی جهانی قرار دارد.

دیگر پیشرفت های کلیدی کامپیوتر کوانتومی
ژانویه گذشته، محققان دانشگاه ولز جنوبی (UNSW) گام بزرگی برای اثبات اینکه محاسبات کوانتومی تقریباً بدون خطا امکان پذیر است، با ارائه دستگاهی انجام دادند که عملیاتی را انجام داد که 99 درصد بدون خطا بود.

در همین حال، نوامبر سال 2021 شاهد دو پیشرفت بزرگ در محاسبات کوانتومی بود. ابتدا، کنسرسیوم توسعه اقتصادی کوانتومی ایالات متحده نتایج آزمایش‌های محک‌گذاری را نشان داد که نشان می‌دهد چگونه یک روش پیشرفته سرکوب خطا، احتمال موفقیت الگوریتم‌های محاسبات کوانتومی را برای موفقیت در سخت‌افزار واقعی به میزان بی‌سابقه ۲۵۰۰ درصد افزایش می‌دهد.

دوم، مهندسان دانشگاه استنفورد یک طراحی جدید، ساده‌تر و در عین حال پیشرفته‌تر برای یک کامپیوتر کوانتومی نشان دادند که می‌تواند به نسخه‌های عملی ماشین در نهایت به واقعیت تبدیل شود. در طراحی جدید، یک اتم منفرد با مجموعه‌ای از فوتون‌ها در هم می‌پیچد که به آن اجازه می‌دهد اطلاعات بیشتری را پردازش و ذخیره کند و همچنین در دمای اتاق کار کند.

همه اینها به چه معناست؟
محاسبات کوانتومی ممکن است به زودی به خانه ها و دفاتر ما بیاید.

بری سندرز، مدیر مؤسسه علوم و فناوری کوانتومی در دانشگاه کلگری، که به زانادو وابسته نبود، به The Globe and Mail گفت که این پیشرفت اخیر قابل توجه است.

سندرز گفت: «این یک گام کوچک نیست، یک جهش بزرگ به جلو است.

Xanadu از رویکردی به نام فوتونیک استفاده می کند که مزیت اصلی مهندسی دستگاهی را دارد که می تواند در دمای اتاق کار کند. اما هنوز برای عملیات آماده نیست. مهندسان محاسبه می کنند که حداقل یک میلیون کیوبیت برای تولید یک کامپیوتر کوانتومی که از نظر تجاری مرتبط است، نیاز است. با این حال، توسعه یک گام به جلو است که به سادگی نمی توان نادیده گرفت.

این مطالعه در مجله Nature منتشر شد.

خلاصه:

یک رایانه کوانتومی زمانی به مزیت محاسباتی دست می یابد که از بهترین رایانه های کلاسیک که بهترین الگوریتم های شناخته شده را در وظایف کاملاً تعریف شده اجرا می کنند، بهتر عمل کند.
هیچ ماشین فوتونیکی که قابلیت برنامه‌ریزی را روی تمام دروازه‌های کوانتومی خود ارائه دهد، مزیت محاسباتی کوانتومی را نشان نداده است: ماشین‌های قبلی تا حد زیادی به دنباله‌های دروازه ایستا محدود شده بودند. به ظاهر فوتونیک قبلی نیز در برابر جعل آسیب‌پذیر بود، که در آن اکتشافی‌های کلاسیک نمونه‌هایی را بدون شبیه‌سازی مستقیم تولید می‌کردند و نسبت به نمونه‌های سخت‌افزار کوانتومی به توزیع ایده‌آل نزدیک‌تر بودند.
در اینجا ما مزیت محاسباتی کوانتومی را با استفاده از Borealis گزارش می‌کنیم، یک پردازنده فوتونیکی که قابلیت برنامه‌ریزی پویا را در تمام گیت‌های پیاده‌سازی شده ارائه می‌دهد.
ما نمونه برداری از بوزون گاوسی 4 (GBS) را بر روی 216 حالت فشرده درهم تنیده با اتصال سه بعدی 5، با استفاده از معماری مولتیپلکس زمانی و حل عدد فوتون انجام می دهیم.
به‌طور متوسط، بیش از 9000 سال طول می‌کشد تا بهترین الگوریتم‌ها و ابررایانه‌های موجود، با استفاده از روش‌های دقیق، یک نمونه از توزیع برنامه‌ریزی‌شده تولید کنند، در حالی که Borealis تنها به 36μs نیاز دارد.
این مزیت زمان اجرا بیش از 50 میلیون برابر بیشتر از آنچه در ماشین‌های فوتونیک قبلی گزارش شده بود است.
آزمایش ما یک آزمایش GBS بسیار بزرگ است که رویدادهایی را با حداکثر 219 فوتون و میانگین تعداد فوتون 125 ثبت می کند.

منبع

https://interestingengineering.com/xanadu-quantum-computer-borealis-computational-advantage