Kinesiske forskere har præsenteret Jiuzhang 4.0, en fotonisk kvantecomputer, der løste et benchmark-problem langt hurtigere end verdens mest kraftfulde klassiske supercomputer. Maskinen gennemførte Boson sampling-opgaven – en test af kvantefordel – på få sekunder, mens det hurtigste klassiske system ville have taget tusinder af år. Resultatet markerer et betydeligt spring inden for fotonisk kvanteberegning og styrker Kinas position i frontlinjen af feltet.
Hvad Boson sampling betyder
Boson sampling er et specialdesignet problem, der simulerer opførselen af uskelnelige fotoner, der passerer gennem et netværk. Det er ekstremt svært for klassiske computere, fordi antallet af mulige udfald vokser eksponentielt med antallet af fotoner. Men kvantecomputere, som selv bruger fotoner, kan naturligt håndtere beregningen. Jiuzhang 4.0 bruger et setup af fotoniske kredsløb og detektorer til at køre samplingen direkte og undgår dermed behovet for en klassisk simulering.
Hvor hurtig er den?
Teamet bag Jiuzhang 4.0 rapporterede, at kvantecomputeren løste Boson sampling-problemet på en brøkdel af et sekund. Til sammenligning ville den mest avancerede klassiske supercomputer fra 2025 kræve anslået 10.000 år at gennemføre den samme beregning. Den slags hastighedsforøgelse – mange størrelsesordener – kalder forskere for kvanteoverlegenhed, selvom begrebet diskuteres, fordi problemet er skræddersyet til kvantesystemer.
Hvorfor fotonisk kvanteberegning er vigtig
De fleste kvantecomputere i dag bygger på superledende kredsløb, indfangede ioner eller andre faststof-platforme. Fotoniske kvantecomputere bruger lyspartikler, som er lette at manipulere og bevæger sig med høje hastigheder. De fungerer også ved stuetemperatur og undgår den ekstreme nedkøling, som superledere kræver. Fotoniske systemer har dog historisk haft svært ved at skalere antallet af fotoner og opretholde lave fejlrater. Jiuzhang 4.0 ser ud til at have overvundet nogle af disse forhindringer, i hvert fald for Boson sampling.
Kinas føring inden for fotonisk kvanteberegning
Jiuzhang 4.0 er den seneste i en række fotoniske kvantecomputere udviklet af kinesiske forskere. Tidligere versioner – Jiuzhang 1.0, 2.0 og 3.0 – satte hver især rekorder for fotonantal og hastighed. 4.0-versionen cementerer Kinas dominans inden for denne specifikke tilgang. Resultatet kommer, mens lande som USA, Canada og Storbritannien investerer massivt i konkurrerende kvanteteknologier, men ingen har endnu matchet denne præstation i Boson sampling-opgaven.
Udfordringen nu er at flytte Jiuzhang 4.0 ud over benchmark-problemer mod virkelige anvendelser, såsom kvantesimulering til kemi eller materialevidenskab. Forskere bliver nødt til at demonstrere, at fotoniske kvantecomputere kan løse nyttige problemer, som klassiske maskiner ikke kan, ikke kun specialiserede test. Teamet bag Jiuzhang forventes at offentliggøre en detaljeret artikel i et peer-reviewed tidsskrift i de kommende måneder, hvilket vil muliggøre uafhængig verifikation af resultaterne.
