A „második típusú” kvantumszámítógép is megoldott egy, a hagyományos számítógépek számára lehetetlen számítást.
Jiuzhang kvantumszámítógép működés közben - Fotó: Hansen Zhong
A fényalapú kvantumszámítógép működési elv nagyvonalakban:
A fotonokat először „csatornák” hálózatába irányítják, ahol minden foton „nyalábhasítókba” ütközik, melyek egyidejűleg két külön útra – kvantum-szuperpozícióra (a kvantummechanikai rendszer azon állapotába, mikor egyidejűleg két (vagy több) helyzet is létezhet egyszerre) - terelik a fotont. Majd a csatornákat újra egyesítik, és újrakezdik a folyamatot, ezzel kényszerítve a fotonok egymással való kölcsönhatásba lépését – a kvantumfizika szabályai szerint. Végezetül a csatornák végén mérik a megérkező fotonok számát.
De ne feledjük, hogy a kvantumszámítógépek világa még jócskán kísérleti. Ahogy haladnak a fejlesztések, tesztelések, úgy fog kirajzolódni a jövő kvantumszámítógépének a végleges specifikációja. Talán a szupravezető lesz a befutó, de lehet, hogy a Christian Weedbrook által is említett fényalapú kvantumszámítógépek – főleg, hogy most újra nagy figyelmet kapnak, köszönhető a Jiuzhang-nak.
A kvantumfölényt eddig csak a Google Sycamore-nak keresztelt kvantumszámítógépének sikerült elérnie 2019-ben (Google’s quantum computer (SN: 10/23/19)). A Google – „első típusú” - megoldása a qubitekre, vagyis kvantumbitekre támaszkodik. A qubitek előállításához szupravezetőket - ellenállás nélküli vezetőket – alkalmaztak. A kvantumgép teljesítményét ebben az esetben az előállítható quibitek száma határozza meg.
A kvantum felsőbbrendűség vagy kvantumfölény egy cél, hogy bemutassanak egy programozható kvantumszámítógépet, ami meg tud oldani egy olyan feladatot, - a feladat hasznosságától függetlenül - amire a hagyományos számítógép „emberi” időn belül nem képes.
A Sycamore-ral ellentétben a kínaiak nem qubiteket, hanem fotonokat – a fény részecskéit – alkalmaztak. A „második típusú” kvantumszámítógépet egy ősi kínai matematikai szövegről, Jiuzhang-nak keresztelték. A tesztek során mindössze 200 másodperc alatt oldott meg egy feladatot, amire egy hagyományos számítógépnek nagyjából fél milliárd évre lett volna szüksége.
Az új megközelítésben a qubitek állapotát a fotonok helyettesítik. Összességében a kínai kvantumszámítógépet egy pár fényforrás, „nyalábhasítók” százai és tükröz ezrei, valamint 100 érzékelő alkotja.
„Ez az első független megerősítés, hogy a Google által definiált kvantumfölény elérhető” – nyilatkozta Scott Aaronson a Texas egyetem elméleti informatika kutatója.
„Az első benyomásom az volt, hogy „váó”” – nyilatkozta Fabio Sciarrino a Sapienza egyetem kvantumfizikusa. „A kvantumszámítógépek fejlődését bizonyítja, hogy két különböző technológiával is elérhető a kvantumfölény. A tény, hogy a két platform ugyanazt a mérföldkövet elérte … bebizonyította, hogy a terület menyire fejlődik.” – tette hozzá a kutató.
Christian Weedbrook szerint – a Xanadu, egy torontói fényalapú kvantumszámítógépek gyártására fókuszáló cég alapítója - a fényalapú kvantumszámítógépek a kísérlet sikeressége miatt újra nagyobb figyelmet kapnak.
Míg a Google volt az első, aki áttörte a kvantumfölény határát, nem jelenti azt, hogy ez csak egyszeri mérföldkő, inkább egy folyamatos verseny a kvantumhardverek fejlesztésében – fogalmazott Chao-Yang-Lu a Kínai Műszaki és Tudományegyetem kvantumfizikusa.
Viszont, a kvantumfölény elérése még nem feltétlenül jelenti az új technológia széleskörű felhasználhatóságát, mivel az elvégzett műveletek direkt olyan jellegűek, hogy a hagyományos számítógépeknek nehezen elvégezhetőek legyenek.
Miután a Google bejelentette kvantumfölényét, az IBM előállt egy számítási formulával, mely lehetőséget biztosíthatna a szuperszámítógépeknek, hogy felvegyék a versenyt a Google kvantumszámítógépével, legalábbis elméletben.
A Jiuzhang-nak is van egy nagy hátránya. Csak egy feladatra lehet felhasználni – jelen esetben a bozon mintavételezésre. A Google kvantumszámítógépe viszont átprogramozható, hogy sok féle algoritmust tudjon futtatni. De vannak más féle fényalapú kvantumszámítógépek is, – beleértve a Xanadu saját fejlesztését is – melyek programozhatóak – emelte ki Christian Weedbrook.