Il nuovo computer quantistico Jiuzhang basato sulla luce ha raggiunto la supremazia quantistica / The new light-based quantum computer Jiuzhang has achieved quantum supremacy
Il nuovo computer quantistico Jiuzhang basato sulla luce ha raggiunto la supremazia quantistica / The new light-based quantum computer Jiuzhang has achieved quantum supremacy
Il computer quantistico Jiuzhang funziona inviando particelle di luce (illustrate in rosso) in una rete di canali e quindi misurando i fotoni all'altra estremità. / The quantum computer Jiuzhang works by sending particles of light (illustrated in red) into a network of channels and then measuring the photons at the other end.
YIHAN LUO
Un nuovo tipo di computer quantistico ha dimostrato di poter anche regnare supremo.
Un computer quantistico fotonico, che sfrutta particelle di luce, o fotoni, ha eseguito un calcolo impossibile per un computer convenzionale, i ricercatori in Cina riportano online il 3 dicembre su Science . Quella pietra miliare, nota come supremazia quantistica, è stata raggiunta solo una volta, nel 2019, dal computer quantistico di Google ( SN: 10/23/19 ). Il computer di Google, tuttavia, si basa su materiali superconduttori, non su fotoni.
"Questa è la prima conferma indipendente dell'affermazione di Google che si può davvero raggiungere la supremazia quantistica", afferma l'informatico teorico Scott Aaronson dell'Università del Texas ad Austin. "È eccitante."
Chiamato Jiuzhang come un antico testo matematico cinese, il nuovo computer quantistico può eseguire un calcolo in 200 secondi che richiederebbe più di mezzo miliardo di anni sul computer non quantistico o classico più veloce del mondo.
"La mia prima impressione è stata, 'wow'", dice il fisico quantistico Fabio Sciarrino della Sapienza Università di Roma.
Il dispositivo di Google, chiamato Sycamore, si basa su minuscoli bit quantistici fatti di materiali superconduttori, che conducono energia senza resistenza. Al contrario, Jiuzhang consiste in una complessa serie di dispositivi ottici che trasportano i fotoni in giro. Questi dispositivi includono sorgenti luminose, centinaia di divisori di fascio, dozzine di specchi e 100 rivelatori di fotoni.
Il computer quantistico Jiuzhang manipola la luce tramite una complessa disposizione di dispositivi ottici (mostrato). / The quantum computer Jiuzhang manipulates light via a complex arrangement of optical devices (shown).
Utilizzando un processo chiamato campionamento dei bosoni, Jiuzhang genera una distribuzione di numeri che è estremamente difficile da replicare per un computer classico. Ecco come funziona: i fotoni vengono prima inviati a una rete di canali. Lì, ogni fotone incontra una serie di divisori di raggio, ognuno dei quali invia il fotone lungo due percorsi simultaneamente, in quella che viene chiamata una sovrapposizione quantistica. Anche i percorsi si fondono insieme e la divisione e la fusione ripetute fanno sì che i fotoni interferiscano tra loro secondo le regole quantistiche.
Infine, il numero di fotoni in ciascuno dei canali di uscita della rete viene misurato alla fine. Se ripetuto molte volte, questo processo produce una distribuzione di numeri basata su quanti fotoni che sono stati trovati in ogni output.
Se utilizzato con un gran numero di fotoni e molti canali, il computer quantistico produrrà una distribuzione di numeri troppo complessa per essere calcolata da un computer classico. Nel nuovo esperimento, fino a 76 fotoni hanno attraversato una rete di 100 canali. Per uno dei computer classici più potenti del mondo, il supercomputer cinese Sunway TaihuLight, la previsione dei risultati che il computer quantistico avrebbe ottenuto per qualsiasi cosa al di là di circa 40 fotoni era intrattabile.
Anche se Google è stato il primo a rompere la barriera della supremazia quantistica, la pietra miliare "non è un risultato unico", afferma il coautore dello studio e fisico quantistico Chao-Yang Lu dell'Università di scienza e tecnologia della Cina a Hefei. "È una competizione continua tra hardware quantistico costantemente migliorato e simulazione classica costantemente migliorata." Dopo la rivendicazione della supremazia quantistica di Google, ad esempio, IBM ha proposto un tipo di calcolo che potrebbe consentire a un supercomputer di eseguire l'attività completata dal computer di Google, almeno in teoria.
E il raggiungimento della supremazia quantistica non indica necessariamente che i computer quantistici siano ancora molto utili, perché i calcoli sono quelli esoterici progettati per essere difficili per i computer classici.
Il risultato aumenta il profilo dei computer quantistici fotonici, che non hanno sempre ricevuto la stessa attenzione di altre tecnologie, afferma il fisico quantistico Christian Weedbrook, CEO di Xanadu, una società con sede a Toronto focalizzata sulla costruzione di computer quantistici fotonici. "Storicamente, la fotonica è stata il cavallo oscuro."
Una limitazione di Jiuzhang, osserva Weedbrook, è che può eseguire solo un singolo tipo di attività, ovvero il campionamento del bosone. Al contrario, il computer quantistico di Google potrebbe essere programmato per eseguire una varietà di algoritmi. Ma altri tipi di computer quantistici fotonici, inclusi quelli di Xanadu, sono programmabili.
Dimostrare la supremazia quantistica con un diverso tipo di dispositivo rivela quanto rapidamente stia progredendo il calcolo quantistico, dice Sciarrino. "Il fatto che ora le due diverse piattaforme siano in grado di raggiungere questo regime ... mostra che l'intero campo sta avanzando in modo molto maturo."
ENGLISH
A second type of quantum device performed a calculation impossible for a traditional computer.
A new type of quantum computer has proven that it can reign supreme, too.
A photonic quantum computer, which harnesses particles of light, or photons, performed a calculation that’s impossible for a conventional computer, researchers in China report online December 3 in Science. That milestone, known as quantum supremacy, has been met only once before, in 2019 by Google’s quantum computer (SN: 10/23/19). Google’s computer, however, is based on superconducting materials, not photons.
“This is the first independent confirmation of Google’s claim that you really can achieve quantum supremacy,” says theoretical computer scientist Scott Aaronson of the University of Texas at Austin. “That’s exciting.”
Named Jiuzhang after an ancient Chinese mathematical text, the new quantum computer can perform a calculation in 200 seconds that would take more than half a billion years on the world’s fastest non-quantum, or classical, computer.
“My first impression was, ‘wow,’” says quantum physicist Fabio Sciarrino of Sapienza University of Rome.
Google’s device, called Sycamore, is based on tiny quantum bits made of superconducting materials, which conduct energy without resistance. In contrast, Jiuzhang consists of a complex array of optical devices that shuttle photons around. Those devices include light sources, hundreds of beam splitters, dozens of mirrors and 100 photon detectors.
Employing a process called boson sampling, Jiuzhang generates a distribution of numbers that is exceedingly difficult for a classical computer to replicate. Here’s how it works: Photons are first sent into a network of channels. There, each photon encounters a series of beam splitters, each of which sends the photon down two paths simultaneously, in what’s called a quantum superposition. Paths also merge together, and the repeated splitting and merging causes the photons to interfere with one another according to quantum rules.
Finally, the number of photons in each of the network’s output channels is measured at the end. When repeated many times, this process produces a distribution of numbers based on how many photons were found in each output.
If operated with large numbers of photons and many channels, the quantum computer will produce a distribution of numbers that is too complex for a classical computer to calculate. In the new experiment, up to 76 photons traversed a network of 100 channels. For one of the world’s most powerful classical computers, the Chinese supercomputer Sunway TaihuLight, predicting the results that the quantum computer would get for anything beyond about 40 photons was intractable.
While Google was the first to break the quantum supremacy barrier, the milestone is “not a single-shot achievement,” says study coauthor and quantum physicist Chao-Yang Lu of the University of Science and Technology of China in Hefei. “It’s a continuous competition between constantly improved quantum hardware and constantly improved classical simulation.” After Google’s quantum supremacy claim, for example, IBM proposed a type of calculation that might allow a supercomputer to perform the task Google’s computer completed, at least theoretically.
And achieving quantum supremacy doesn’t necessarily indicate that the quantum computers are yet very useful, because the calculations are esoteric ones designed to be difficult for classical computers.
The result does boost the profile of photonic quantum computers, which haven’t always received as much attention as other technologies, says quantum physicist Christian Weedbrook, CEO of Xanadu, a Toronto-based company focused on building photonic quantum computers. “Historically, photonics has been the dark horse.”
One limitation of Jiuzhang, Weedbrook notes, is that it can perform only a single type of task, namely, boson sampling. In contrast, Google’s quantum computer could be programmed to execute a variety of algorithms. But other types of photonic quantum computers, including Xanadu’s, are programmable.
Demonstrating quantum supremacy with a different type of device reveals how rapidly quantum computing is progressing, Sciarrino says. “The fact that now the two different platforms are able to achieve this regime … shows that the whole field is advancing in a very mature way.”
Da:
https://www.sciencenews.org/article/new-light-based-quantum-computer-jiuzhang-supremacy?utm_source=Editors_Picks&utm_medium=email&utm_campaign=editorspicks120620
Commenti
Posta un commento