Крис Ли из Ars Technica провел большую часть своей взрослой жизни, играя с лазерами, поэтому он большой поклонник квантовых вычислений на основе фотонов. Даже по мере развития различных форм физического оборудования, таких как сверхпроводящие провода и захваченные ионы, можно было найти его, рассказывающего об оптическом квантовом компьютере, созданном канадским стартапом Xanadu. Но в течение года после того, как Xanadu описал свое оборудование, компании, использующие эту другую технологию, продолжали добиваться прогресса, сокращая количество ошибок, исследуя новые технологии и увеличивая количество кубитов.
Но преимущество оптических квантовых вычислений никуда не делось, и теперь Ксанаду вернулся с напоминанием о том, что оно никуда не делось. Благодаря некоторым изменениям в дизайне, описанным год назад, Xanadu теперь может иногда выполнять операции с более чем 200 кубитами. И показано, что моделирование поведения только одной из этих операций на суперкомпьютере заняло бы 9000 лет, в то время как его оптический квантовый компьютер может выполнить их всего за несколько десятков миллисекунд.
Это полностью надуманный тест: точно так же, как Googleквантовый компьютер сделал, квантовый компьютер просто существует, в то время как суперкомпьютер пытается его смоделировать. Новости здесь больше касаются потенциала масштабирования оборудования Xanadu.
Оставайтесь в свете
Преимущества оптических квантовых вычислений значительны. Почти все современные коммуникации в какой-то момент зависят от оптического оборудования, и улучшения в этой технологии могут быть напрямую применены к аппаратному обеспечению квантовых вычислений. Некоторые манипуляции, которые могут нам понадобиться, можно выполнить с помощью аппаратуры, миниатюризированной до такой степени, что мы можем выгравировать ее на кремниевом чипе. И все оборудование можно хранить при комнатной температуре, избегая некоторых проблем, связанных с передачей сигналов в оборудование или из него, температура которых близка к абсолютному нулю.
Ксанаду, похоже, убежден, что эти преимущества достаточно существенны, чтобы на их основе можно было строить компанию. Аппаратное обеспечение, которое Ли описал в прошлом году, основано на одном чипе, который переводит фотоны в определенное квантовое состояние, а затем заставляет пары фотонов взаимодействовать таким образом, что они запутываются. Эти взаимодействия составляют основу манипуляций с кубитами, которые можно использовать для выполнения вычислений. Затем фотоны можно отсортировать в зависимости от их состояния, при этом количество фотонов в каждом состоянии дает ответ на расчет.
Существуют проблемы с масштабированием этой технологии. Поскольку фотоны могут взаимодействовать только парами, добавление еще одного фотона означает, что вы должны включить достаточное количество аппаратных средств для его необходимых взаимодействий. Это означает, что масштабирование процессора до большего количества кубитов предполагает масштабирование всего этого оборудования на чипе. Сейчас это не проблема, но она легко может стать таковой, поскольку масштабы масштабируются от сотен до тысяч.
Выбери свое собственное приключение
Это масштабирование, вероятно, является причиной того, что новая система Xanadu под названием Borealis требует значительного пересмотра архитектуры. Его более ранняя машина использовала набор одинаковых фотонов, которые параллельно входили в чип и проходили через него одновременно. В Borealis фотоны входят в систему последовательно и следуют по пути, который немного напоминает игру «выбери себе приключение».
Первое устройство, в которое попали фотоны, — это программируемый светоделитель, который может выполнять две функции. Если два фотона попадают на него одновременно, они могут интерферировать друг с другом и запутаться. И в зависимости от своего состояния светоделитель может отклонять фотоны с основного пути в петлю оптического волокна. Путешествие по этой петле добавляет задержку к перемещению фотона, позволяя ему покинуть волокно в то же время, когда новый фотон достигает светоделителя, позволяя ему запутаться с более поздним фотоном.
Пройдя первый светоделитель, фотоны попадают во второй, с более длинной петлей оптического волокна, которая вносит более длительную задержку для любых фотонов, отправленных по нему. А затем к третьему с еще более длинной петлей. Необязательные задержки позволяют фотонам запутаться с другими фотонами, которые достигли оборудования намного позже, чем они. Как представляет это Ксанаду, каждый из трех светоделителей в Borealis похож на добавление дополнительного измерения к матрице запутанности, поднимая ее от отсутствия запутывания до трех измерений потенциальной запутанности.
После прохождения фотоны сортируются на основе их свойств и отправляются на серию детекторов. Детекторы отслеживают, сколько фотонов прибывает и когда, что дает ответ на любые вычисления, которые он выполняет. В соответствии с настройкой он мог обрабатывать более 200 отдельных фотонов как часть расчета.
