Çin'de üretilen dünyanın ilk optik kuantum bilgisayarı ne kadar güçlü?
Çin Bilimler Akademisi, 3 Mayıs'ta Şangay'da, daha önceki klasik bilgisayarları geride bırakan dünyanın ilk optik kuantum bilgisayarının doğduğunu duyurdu.
3 Mayıs'ta, bilim ve teknoloji topluluğu ağır bir haberi duyurdu: Dünyanın ilk klasik bilgisayarları geride bırakan ilk optik kuantum bilgisayarı doğdu. Çin Bilimler Akademisi, 3 Mayıs'ta Şangay'da bir basın toplantısı düzenledi ve Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Pan Jianwei ve meslektaşları Lu Chaoyang, Zhu Xiaobo'ya ait olan bu "dünyanın ilk" in gerçek bir "Çin Malı" olduğunu duyurdu. Zhejiang Üniversitesi'nden Profesör Wang Haohua'nın araştırma ekibinin çığır açan sonuçları.
Kuantum bilgisayar, kuantum uyumlu süperpozisyon ilkesini kullanan ve teorik olarak ultra hızlı paralel hesaplama ve simülasyon yeteneklerine sahip bir bilgisayarı ifade eder. Bir zamanlar birisi bir benzetme yapmıştı: Geleneksel bir bilgisayarın hızı artık bir bisikletse, kuantum bilgisayarın hızı bir uçak gibidir. Örneğin, 50 mikroskobik parçacığı manipüle eden bir kuantum bilgisayar, en hızlı "Shenwei Taihu Light" süper bilgisayarından daha özel sorunları çözebilir.
Kuantum hesaplamanın teknik üstünlükleri olarak, çok parçacıklı dolanmanın manipülasyonu her zaman uluslararası rekabetin odak noktası olmuştur. Foton sisteminde, Pan Jianwei'nin ekibi dünyada beş-foton, altı-foton, sekiz-foton ve on-foton dolanıklığını gerçekleştirmede başı çekmiş ve uluslararası liderlik seviyesini korumuştur. Süper iletken sistemde, 2015 yılında Google, NASA ve Kaliforniya Üniversitesi, Santa Barbara 9 süperiletken kübitin yüksek hassasiyetli manipülasyonunun gerçekleştirildiğini duyurdu. Bu rekor, 2017 yılında Çinli bilim adamlarından oluşan bir ekip tarafından kırıldı.
Daha önce, Pan Jianwei, Zhu Xiaobo, Wang Haohua ve diğerleri bağımsız olarak 10 bitlik süper iletken kuantum devre örnekleri geliştirdiler.Küresel dolaştırma işlemlerinin geliştirilmesi yoluyla, dünyadaki en fazla sayıda süperiletken kübitin dolanmasını ve tam ölçümünü başarıyla gerçekleştirdiler. Ayrıca araştırma ekibi, doğrusal denklemleri çözmek için kuantum algoritmalarını göstermek için süper iletken kuantum devreleri kullandı ve kuantum hesaplamanın paralelliği yoluyla doğrusal denklemlerin çözümünü hızlandırmanın uygulanabilirliğini kanıtladı. İlgili sonuçlar, uluslararası yetkili "Physics Review Letters" dergisinde yayınlanacaktır.
Optik kuantum hesaplama açısından, Pan Jianwei, Lu Chaoyang, vb., Uluslararası olarak en iyi kuantum nokta tek foton kaynağının kendi geliştirdiği kapsamlı performansını kullandı ve elektronik olarak kontrol edilen programlanabilir optik kuantum devresi aracılığıyla, çoklu foton "Bose örnekleme" görevi için optik kuantum hesaplamayı oluşturdu. Prototip makinesi.
Deneysel testler, bu prototipin örnekleme hızının, uluslararası meslektaşlarının benzer deneylerinden en az 24.000 kat daha hızlı olduğunu, aynı zamanda klasik algoritmalarla karşılaştırıldığında, aynı zamanda ilk elektron tüplü bilgisayardan (ENIAC) ve insanlık tarihindeki ilk transistör bilgisayardan daha hızlı olduğunu göstermektedir. TRADIC) 10-100 kat daha hızlı çalışır.
Pan Jianwei, bunun tarihteki önceki klasik bilgisayarları geride bırakan ilk tek foton tabanlı kuantum simülatörü olduğunu ve kuantum hesaplamanın klasik hesaplama yeteneklerinin ötesinde nihai gerçekleşmesi için temel oluşturduğunu söyledi.
1 Mayıs'ta araştırma sonuçları, uzun bir makale şeklinde "Doğa Fotonikleri" nde çevrimiçi olarak yayınlandı.
Kağıt: Etkili Çok Tonlu Bose Örneklemesi
Makalenin özeti:
Geleneksel bilgisayarlarda "kuantum hesaplama üstünlüğünü" gerçekleştirirken, Bose örnekleme yöntemi genellikle şiddetle tavsiye edilir.
Bununla birlikte, tek foton kaynaklarının ve çok portlu optik interferometrelerin düşük verimliliği nedeniyle, önceki prensip kanıtı deneyleri küçük foton sayılarından ve düşük örnekleme oranlarından etkilenmiştir.
Burada, yüksek performanslı Bose örneklemesi için iki temel bileşen geliştirdik:% 99 iletim oranına sahip güçlü bir çok tonlu interferometre ve kuantum nokta mikro gözenekli ve aynı zamanda yüksek verimli, saf ve ayırt edilemez bir kuantum nokta-mikro gözenek Tek bir foton kaynağını aktif olarak demultipleksleyin.
Üç foton, dört foton ve beş foton bozon örneklemesini devreye aldık ve doğruladık ve sırasıyla 4.96 kHz, 151 Hz ve 4 Hz örnekleme oranlarına önceki deneylerden 24.000 kat daha hızlı ulaştık. Mimarimiz daha fazla sayıda fotonu kapsayacak şekilde genişletilebilir, daha yüksek örnekleme oranına sahip olabilir, geleneksel bilgisayarlarla rekabet edebilir ve genişletilmiş Church-Turing kağıdı için deneysel kanıt sağlayabilir.
Şekil 1: Çok tonlu bozon örneklemesi için deney düzeneğinin şematik diyagramı. Kurulum 4 ana bölümden oluşur: tek foton kaynağı, demulitplexer, ultra düşük kayıplı foton ölçüm dizisi ve foton detektörü. Darbeli pikosaniye lazer, tek bir foton kaynağı ve çiftlenecek 2 m çapında bir mikro silindir boşluğu oluşturmak için InAs / GaAs kuantum noktalarını pompalar ve rezonans sırasında 7.63 (23) Purcell faktörü üretir. Konfokal mikroskop, lazer arka planını ortadan kaldırmak için çapraz polarizasyon konfigürasyonunda çalışır. Tek modlu fiber, rezonant floresan tekli fotonları toplamak için kullanılır ve daha sonra çoklayıcıya verilir. İkincisi, bir Pocke kutusu ve bir polarizasyon ışın ayırıcıdan oluşur. Bu tür modüllerin dört grubu, fotonları 5 uzamsal moda böler ve daha sonra belirli bir fiber uzantısından geçer. Zaman sonra, fotonlar, Bose örnekleme deneyleri için düşük kayıplı ölçüm dizisine enjekte edilir.Foton algılama dizisi, ortada 36 ışın ayırıcı ve aynalar bulunan beş giriş ve dokuz çıkış portundan oluşur. Dokuz tek fotonlu dedektör, interferometrenin çıkışını ölçer ve çok tonlu çakışmayı analiz etmek için bir zamandan dijitale dönüştürücü (TDC) kullanılır.
Şekil 2: Bozon örneklemesi için kullanılan bir tek foton kaynağı ve interferometrenin şematik diyagramı. a. Gözlemlenen Rabi salınımı, kuantum noktalarının darbe rezonansı tarafından uyarılır. Mavi nokta, silikon detektör tarafından doğrudan ölçülen tekli fotonların sayısını temsil eder ve kırmızı nokta, ölü zaman tespit edilerek düzeltilen sayımı temsil eder. Tek foton sayısı darbe gücünde maksimum 1,6 nW değerine ulaşır. b. Markov dışı gürültü modelinin öncülüğünde, ölçülen foton ayırt edilemezliği (ayırt edilemezlik) 13 ns'de biraz düşer. > 10s ayrılma durumunda, 0.939 (3) 'ten 0.900 (3)' e düştü ve o zamandan beri sabit kaldı ve bozunma süresi sabiti 2.1s. Mavi ok, iki fotonun çoğullama çözme nedeniyle büyük ölçüde 1.05 s ile ayrıldığı mevcut çalışma durumumuzu temsil ediyor. Hata çubuğu, orijinal foton saptama olayının yayılmış Poisson sayma istatistiklerinden türetilen standart bir sapmayı temsil eder. c, d, optik ağın ölçülen birimsel dönüşüm değerini temsil eder (c genliktir, d fazdır).
Şekil 3: Üç, dört ve beş bozon örneklemesinin deneysel sonuçları. Deneyin ordinatı, dokuz kanalın çıktısının normalleştirilmiş sayım hızıdır (olasılık) ve apsis, foton çıktı modeli kombinasyonudur. Abc, 84,126,126 giriş kombinasyonuna karşılık gelen üç foton, dört foton ve beş fotonun girdisidir. Şekildeki mavi katı çubuk, ölçümün deneysel sonucudur ve boş çubuk, kuantum borsası örnekleme teorisine göre hesaplanan teorik sonuçtur. Hata çubuğunun iğne sapması örneklemesi, Poisson sayma istatistik modelinden hesaplanır.
Bose örneklemesinin özü
2017 yılının dönüm yılı: Kuantum bilgisayarlar laboratuvardan gerçeğe geçecek
Ocak 2017'de "Nature", 2017'nin kuantum hesaplama için bir dönüm noktası olduğunu ve daha fazla teknolojinin laboratuvardan gerçeğe taşınacağını söyleyen bir makale yayınladı.
"Doğa" daki makale, kuantum hesaplamadaki ilerlemeyi sayıyor: Google, 2014 yılında süper iletken süperiletkenliğe dayalı kuantum bilgisayarları incelemeye başladı ve bu yıl veya daha sonra en güçlü "geleneksel" bilgisayarları geçmeyi umuyorlar Ulaşılabilecek bilgi işlem gücü, bu dönüm noktası başarısı Kuantum Hegemonyası olarak adlandırılır. Google'ın rakibi Microsoft, iddiasını çok çekici ancak kanıtlanmamış bir kavram-topolojik kuantum hesaplama üzerine koydu ve bu teknolojiyi gösteren ilk şirket olmayı umuyor.
Çinli bilim adamları tarafından birkaç gün önce yayınlanan araştırma, fotonlara ve süper iletken sistemlere dayanan kuantum bilgisayar araştırmalarında iki büyük atılım yaptı ve geleneksel bilgisayarlarda "kuantum hesaplama hegemonyası" nın gerçekleştirilmesi için sağlam bir temel oluşturdu ve ayrıca 2017'deki bu geçiş yılı güçlü bir darbe aldı.
Pan Jianwei: Bose örneklemesi, 50 foton dolanması simülatörün hesaplama gücünü "Tianhe-2" yi aşabilir
2015 Çin Bilgisayar Konferansında, Çin Bilimler Akademisi Akademisyeni ve Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Genel Müdür Yardımcısı Pan Jianwei, "Kuantum Hesaplama ve Kuantum Simülasyonu" raporunu sundu. Pan Jianwei, uzun süredir kuantum optiği ile uğraşmaktadır ve Çin Uzay Kuantum Bilimi Deneysel Uydu Programının baş bilim adamıdır. Araştırma sonuçları, Roentgen'in X-ışınlarını keşfi ve Einstein'ın görelilik teorisini kurmasıyla birlikte "Yüzyılda 21 Fizikte Klasik Makale" olarak seçilmiştir. .
Pan Jianwei, yüksek hassasiyetli kuantum manipülasyon teknolojisinin aşırı karmaşıklığından dolayı, kuantum hesaplama araştırmalarının hala geliştirme aşamasında olduğunu ortaya koydu.Klasik bilgisayarlar gibi genel işlevlere sahip bir kuantum bilgisayarın nihayetinde başarılı olup olmayacağı hala tüm bilim camiası tarafından bilinmiyor.
Ancak teorik araştırmalar, genel amaçlı kuantum bilgisayarlarla karşılaştırıldığında, bazı önemli sorunları çözmeyi amaçlayan kuantum simülatörleri gibi kuantum simülatörlerinin kübit sayısı açısından bu kadar yüksek teknik gereksinimlere sahip olmadığını göstermektedir. Örneğin, "Bose örnekleme" problemi için, yaklaşık 50 fotonun dolaşıklığına ulaşıldığında, kuantum simülatörünün hesaplama gücü, mevcut en hızlı "Tianhe-2" süper bilgisayarını aşabilir. Pan Jianwei, kuantum simülasyonunun büyük pratik değeri olduğunu ve insanlığın malzeme bilimi alanında yeni malzemeler ve yeni enerji geliştirmesi, yeni nesil teknolojik devrimi ve endüstriyel dönüşümü beslemesi ve teşvik etmesi için önemli bir rehberlik sağlayabileceğini ve 10-15 yıl içinde büyük atılımların yapılmasının beklendiğini söyledi.
