كمبيوتر الكم. جهاز Jiuzhang أسرع بكثير من أجهزة الكمبيوتر العملاقة

فريق من العلماء الصينيين لديه واحد كمبيوتر الكم وهو ما يوضح ، وفقًا لمؤلفيه ، تفوق الكميات. تتجلى ميزة آلة حاسبة Jiuzhang في سرعة الحوسبة. وفقًا لفريق البحث الصيني ، استغرق الأمر 200 ثانية من جهاز الكمبيوتر الكمي الخاص بهم لإجراء عمليات حسابية من شأنها أن تستغرق أسرع كمبيوتر تقليدي ملايين السنين.

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

في أكتوبر من العام الماضي ، أكد مسؤولو Google تقريرًا إعلاميًا سابقًا حول تحقيق السيادة الكمية. بدا الكمبيوتر الجميز الذي ابتكروه وكأنه اختراق طال انتظاره في الاحصاء الكمية أن تكون. أفاد مهندسو Google أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية الخاصة بهم حلت مشكلة في ما يزيد قليلاً عن ثلاث دقائق والتي قد تستغرق حتى أفضل الأجهزة التقليدية آلاف السنين لحلها.

يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تتفوق على الآلات التقليدية. والهدف هو إنشاء ما يسمى "تفوق الكمحقق كمبيوتر Sycamore هذه الميزة فقط في حالة محددة للغاية. تمثلت تجربة مهندسي Google في إجراء عمليات عشوائية على الكيوبت وقراءة النتيجة. تم التحقق من الجملة الناتجة من الأرقام المشفرة في نظام ثنائي للتأكد من توزيعها عشوائية حقًا هذه الحسابات ليست مفيدة بشكل خاص ، لكن لها تأثير كبير على قوة الحوسبة للجهاز.

مصدر الصورة: الطبيعة https://www.nature.com/articles/d41586-020-03434-7؛ هانسن تشونغ

جيوتشانغ

لا تزال أجهزة الكمبيوتر الكمومية مجالًا جديدًا. يعمل العلماء في جميع أنحاء العالم على مشاريع مختلفة للغاية. في "العلوم" ، قدم العلماء الصينيون معلومات حول حواسيبهم الكمومية وأدائها. ومع ذلك ، فإن جهاز الكمبيوتر الخاص بك يختلف عن جهاز Google.

يعتمد الجميز على الكيوبتات ، أي بتات الكم التي يتم تمثيلها بمواد فائقة التوصيل فائقة التبريد. بينما تقوم أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية بإجراء عمليات حسابية باستخدام وحدات البت التي يمكن أن يكون لها إحدى حالتين (يتم تمثيلهما عادةً بـ 1 أو 0) ، يمكن أن توجد بتات الكم ، أو الكيوبتات ، في عدة حالات في نفس الوقت. وهذا يمكنهم من حل المشكلات بشكل أسرع من أجهزة الكمبيوتر التقليدية.

ولكن على الرغم من أن النظريات التي تتنبأ بأن الحوسبة الكمومية ستهزم هذه الحسابات الكلاسيكية كانت موجودة منذ عقود ، إلا أن بناء حواسيب كمومية عملية أثبت أنها أكثر صعوبة.

ابتكر علماء من الصين حاسوبًا كميًا يعتمد على الفوتونات. استخدموا أشعة الليزر لإجراء حسابات كانت مستحيلة فعليًا على أجهزة الكمبيوتر العادية. هذا ما يعرف باسم Gaussian أخذ عينات بوسون (GBS). أنجزت Jiuzhang في دقائق ما سيستغرق ملايين السنين على أفضل أجهزة الكمبيوتر العملاقة في الوجود.

أخذ عينات من البوزون

تكمن مشكلة أخذ عينات البوزون في حساب التوزيع الاحتمالي للعديد من البوزونات - فئات الجسيمات الأولية بما في ذلك الفوتونات - التي تتداخل موجاتها الكمومية مع بعضها البعض بحيث يتم رسم موضع الجسيمات بشكل أساسي. بمعنى آخر ، يتعلق الأمر بحساب طاقة الخرج لدائرة ضوئية خطية لها مدخلات ومخرجات متعددة.

قام العلماء الصينيون ببناء آلة يتم فيها إرسال الفوتونات بالتوازي مع الدائرة ، وبمجرد أن يتم فصلها عن طريق مقسمات الحزمة أو المرايا. من الجدير بالذكر أنه عندما يصطدم فوتونان بنفس مقسم الحزمة في نفس الوقت ، يسلك كلاهما نفس المسار. تتمثل مهمة طريقة أخذ عينات البوزون في تخمين توزيع الفوتونات عند الخرج - للتخمين من تكوين الفوتون عند إدخال تكوين الإخراج. تتعثر أجهزة الكمبيوتر التقليدية بسرعة كبيرة في طريق مسدود عند محاولة حساب توزيعات مثل هذا النظام.

تم بناء Jiuzhang للتعامل مع 100 مدخل و 100 مخرج مع 300 مقسم أشعة و 75 مرآة. كان النظام البصري بأكمله مترابطًا بحيث يمكن لكل فوتون أن يدخل النظام في أي نقطة ويخرج مرة أخرى في أي نقطة.

وجد كمبيوتر Jiuzhang الذي طوره علماء صينيون حلاً لمشكلة مسح البوزون في 200 ثانية. قدر العلماء أيضًا أن مثل هذه الحسابات ستستغرق 2,5 مليار سنة على الكمبيوتر الصيني العملاق TaihuLight (والذي يعتبر حاليًا ثالث أقوى كمبيوتر عملاق في العالم).