رکوردشکنی چین در رایانش کوانتومی؛ کامپیوتر فوتونیک جیوژانگ ۴ معرفی شد

دانشگاه علم و فناوری چین (USTC) از نسخه پروتوتایپ کامپیوتر کوانتومی فوتونیک جدید خود با نام جیوژانگ ۴.۰ (Jiuzhang 4.0) پرده برداشت. این دستگاه توانسته است با استفاده از ذرات نور به‌جای کیوبیت‌های ابررسانا، محاسباتی را که سریع‌ترین ابرکامپیوترهای فعلی جهان مانند El Capitan و Frontier برای انجام آنها به ۱۰ به توان ۴۲ سال زمان نیاز دارند، تنها در عرض چند میکروثانیه به اتمام برساند.

ساختار فنی جیوژانگ ۴ نسبت به نسل‌های قبلی خود پیشرفت چشمگیری داشته و اکنون می‌تواند ۳۰۵۰ فوتون را به صورت همزمان شناسایی و دست‌کاری کند که این رقم نشان‌دهنده افزایش ۱۰ برابری توان آن نسبت به مدل قبلی است.

این سیستم با ۱۰۲۴ ورودی حالت فشرده در یک شبکه تداخل‌سنجی با بیش از ۸ هزار مود مختلف کار می‌کند. برای فهم ساده‌تر این ارقام، بگذارید مثالی بزنیم: تصور کنید ۱۰۲۴ پرتو نوری وارد یک هزارتو می‌شوند. این هزارتو دارای ۸۱۷۶ مسیر یا Mode مختلف است. فوتون‌ها در این مسیرها با هم برخورد می‌کنند، از روی هم رد می‌شوند و با هم تداخل می‌یابند. هرچه تعداد این مسیرها بیشتر باشد، پیچیدگی محاسباتی که دستگاه می‌تواند انجام دهد به صورت نمایی بیشتر می‌شود. درکل ۸۱۷۶ مسیر عددی خیره‌کننده‌ای است که فضای احتمالات فوق‌العاده بزرگی را برای حل مسئله ایجاد می‌کند.

نسل چهارم کامپیوتر کوانتومی فوتونیک چین

یکی از دستاوردهای محققان چین در این پروژه، غلبه بر مشکل اتلاف فوتون (Photon Loss) بوده است؛ آنها موفق شدند کارایی منبع را به ۹۲ درصد و کارایی کلی سیستم را به ۵۱ درصد برسانند که یک رکوردشکنی در فناوری کوانتوم اپتیکی محسوب می‌شود.

با وجود این موفقیت‌ها، برخی از کارشناسان غربی اشاره می‌کنند که جیوژانگ برخلاف پروژه‌های متمایز ایالات متحده که بر ساخت دستگاه‌های برنامه‌پذیر و مقاوم در برابر خطا برای کاربردهای تجاری متمرکز است، فعلا یک دستگاه کاملا تخصصی است که در وظایف خاصی مثل «نمونه‌برداری بوزون گاوسی» تخصص دارد.

اگرچه جیوژانگ هنوز یک سیستم کامپیوتری همه‌منظوره نیست، اما دقت و سرعت آن در اجرای الگوریتم‌های پیچیده‌ای مثل الگوریتم MPS توسط هیچ سیستم کلاسیک دیگری قابل رقابت نیست. محققان این پروژه معتقدند این سطح از دقت، برتری بلامنازع چین در حوزه محاسبات کوانتومی را به اثبات می‌رساند. توانایی چین در توسعه چنین سیستم‌های تخصصی با کارایی بالا نشان می‌دهد که این کشور در آینده‌ای نزدیک می‌تواند نسخه‌های مشابهی را برای کاربردهای مهمی در حوزه‌های هوش مصنوعی، صنایع دفاعی و بیوتکنولوژی طراحی کند.

یافته‌های این پژوهش در ژورنال نیچر منتشر شده است.