Computador quântico. O dispositivo Jiuzhang é muito mais rápido do que supercomputadores

Uma equipe de cientistas chineses tem um Computador quântico o que, segundo seus autores, demonstra a superioridade dos quanta. A vantagem da calculadora Jiuzhang se manifesta na velocidade de computação. De acordo com a equipe de pesquisa chinesa, seu computador quântico levou apenas 200 segundos para realizar cálculos que levariam milhões de anos para o computador convencional mais rápido ser concluído.

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

Em outubro do ano passado, funcionários do Google confirmaram uma reportagem anterior da mídia sobre como alcançar a supremacia quântica. O computador Sycamore que eles criaram parecia uma descoberta há muito esperada no Computação quântica ser estar. Os engenheiros do Google relataram que seu computador quântico resolveu um problema em pouco mais de três minutos que levaria milhares de anos para resolver até mesmo as melhores máquinas convencionais.

Os computadores quânticos podem superar em muito as máquinas convencionais. O objetivo é criar o chamado "Supremacia QuânticaO computador Sycamore obteve essa vantagem apenas em um caso muito específico. O experimento dos engenheiros do Google consistiu em realizar operações aleatórias em qubits e ler o resultado. A frase resultante de dígitos codificados em um sistema binário foi verificada para garantir que sua distribuição seja realmente aleatórios. Esses cálculos não são particularmente úteis, mas têm um grande impacto no poder de computação do dispositivo.

Fonte da imagem: Natureza https://www.nature.com/articles/d41586-020-03434-7; Hansen Zhong

Jiuzhang

Os computadores quânticos ainda são um novo campo. Cientistas de todo o mundo estão trabalhando em projetos muito diferentes. Em "Ciência", cientistas chineses forneceram informações sobre seu computador quântico e seu desempenho. No entanto, seu computador é diferente da máquina do Google.

Sycamore é baseado em qubits, ou seja, bits quânticos que são representados por materiais supercondutores altamente resfriados. Enquanto os computadores clássicos realizam cálculos com bits que podem ter um de dois estados (geralmente representados por 1 ou 0), os bits quânticos, ou qubits, podem existir em vários estados ao mesmo tempo. Isso permite que eles resolvam problemas mais rapidamente do que os computadores clássicos.

Mas embora as teorias que predizem que a computação quântica derrotará essas computações clássicas já existam por décadas, construir computadores quânticos práticos provou ser muito mais difícil.

Cientistas da China criaram um computador quântico baseado em fótons. Eles usaram feixes de laser para fazer cálculos que eram virtualmente impossíveis em computadores normais. Isso é conhecido como Gauss Amostragem de bóson (GBS). Jiuzhang realizou em minutos o que levaria milhões de anos nos melhores supercomputadores existentes.

Amostrando o bóson

O problema com a amostragem de bóson é calcular a distribuição de probabilidade de muitos bósons - categorias de partículas elementares incluindo fótons - cujas ondas quânticas interferem umas nas outras de modo que a posição das partículas seja essencialmente traçada. Em outras palavras, trata-se de calcular a potência de saída de um circuito óptico linear que possui múltiplas entradas e saídas.

Cientistas chineses construíram uma máquina na qual os fótons são enviados em paralelo ao circuito e, uma vez dentro, são separados por divisores de feixe ou espelhos. É importante notar que, quando dois fótons atingem o mesmo divisor de feixe ao mesmo tempo, os dois seguem o mesmo caminho. A tarefa do método de amostragem de bóson é adivinhar a distribuição dos fótons na saída - adivinhar a partir da configuração do fóton na entrada da configuração de saída. Computadores convencionais rapidamente ficam presos em um beco sem saída ao tentar computar as distribuições de tal sistema.

Jiuzhang foi construído para lidar com 100 entradas e 100 saídas com 300 divisores de feixe e 75 espelhos. Todo o sistema óptico foi interconectado de forma que cada fóton pudesse entrar no sistema em qualquer ponto e sair novamente em qualquer ponto.

O computador Jiuzhang desenvolvido por cientistas chineses encontrou uma solução para o problema de escanear o bóson em 200 segundos. Os cientistas também estimaram que tais cálculos no supercomputador chinês TaihuLight (atualmente considerado o terceiro supercomputador mais poderoso do mundo) levariam 2,5 bilhões de anos.