Kiinalaiset tutkijat ovat esitelleet Jiuzhang 4.0 -nimisen fotonisen kvanttitietokoneen, joka ratkaisi vertailuongelman huomattavasti nopeammin kuin maailman tehokkain klassinen supertietokone. Kone suoritti bosoninäytteenottotehtävän – kvanttiedun testin – vain sekunneissa, kun nopein klassinen järjestelmä olisi vienyt tuhansia vuosia. Tulos on merkittävä harppaus fotonisessa kvanttilaskennassa ja vahvistaa Kiinan asemaa alan kärjessä.
Mitä bosoninäytteenotto tarkoittaa
\nBosoninäytteenotto on erityisesti suunniteltu ongelma, joka simuloi erottamattomien fotonien käyttäytymistä verkossa. Se on erittäin vaikea klassisille tietokoneille, koska mahdollisten tulosten määrä kasvaa eksponentiaalisesti fotonien määrän myötä. Mutta kvanttitietokoneet, jotka itse käyttävät fotoneja, pystyvät luonnollisesti käsittelemään laskennan. Jiuzhang 4.0 käyttää fotonisia piirejä ja ilmaisimia näytteenoton suorittamiseen suoraan, ohittaen klassisen simulaation tarpeen.
Kuinka nopea se on?
\nJiuzhang 4.0:n takana oleva tiimi raportoi, että kvanttitietokone ratkaisi bosoninäytteenotto-ongelman sekunnin murto-osassa. Sen sijaan vuoden 2025 kehittynein klassinen supertietokone vaatisi arviolta 10 000 vuotta saman laskelman suorittamiseen. Tällainen nopeutus – useita kertaluokkia – on se, mitä tutkijat kutsuvat kvanttiylivoimaksi, vaikka termistä kiistelläänkin, koska ongelma on räätälöity kvanttijärjestelmille.
Miksi fotoninen kvanttilaskenta on tärkeää
\nUseimmat nykyiset kvanttitietokoneet perustuvat suprajohtaviin piireihin, loukuttuihin ioneihin tai muihin solid-state-alustoihin. Fotoniset kvanttitietokoneet käyttävät valohiukkasia, joita on helppo käsitellä ja jotka liikkuvat suurilla nopeuksilla. Ne toimivat myös huoneenlämpötilassa, välttäen suprajohteiden vaatiman äärimmäisen jäähdytyksen. Fotoniset järjestelmät ovat kuitenkin historiallisesti kamppailleet fotonien määrän skaalaamisen ja matalien virhetasojen ylläpitämisen kanssa. Jiuzhang 4.0 näyttää ylittäneen joitakin näistä esteistä, ainakin bosoninäytteenoton osalta.
Kiinan johtoasema fotonisessa kvanttilaskennassa
\nJiuzhang 4.0 on uusin kiinalaisten tutkijoiden kehittämässä fotonisten kvanttitietokoneiden sarjassa. Aiemmat versiot – Jiuzhang 1.0, 2.0 ja 3.0 – asettivat kukin ennätyksiä fotonimäärässä ja nopeudessa. Versio 4.0 vahvistaa Kiinan hallitsevuuden tässä lähestymistavassa. Saavutus tulee aikana, jolloin maat kuten Yhdysvallat, Kanada ja Yhdistynyt kuningaskunta panostavat resursseja kilpaileviin kvanttiteknologioihin, mutta yksikään ei ole vielä yltänyt tähän suoritukseen bosoninäytteenottotehtävässä.
\nHaasteena on nyt viedä Jiuzhang 4.0 vertailuongelmien ulkopuolelle kohti todellisia sovelluksia, kuten kvanttisimulaatiota kemiassa tai materiaalitieteessä. Tutkijoiden on osoitettava, että fotoniset kvanttitietokoneet pystyvät ratkaisemaan hyödyllisiä ongelmia, joihin klassiset koneet eivät pysty, eivät vain erikoistuneita testejä. Jiuzhangin takana olevan tiimin odotetaan julkaisevan yksityiskohtaisen artikkelin vertaisarvioidussa lehdessä lähikuukausina, mikä mahdollistaa tulosten riippumattoman vahvistamisen.
