A torontói Xanadu a saját fejlesztésű Borealis kvantumszámítógéppel nemrégen sikeresen elérte a kvantumelsőbbséget: a június 1-jén a Nature-ben megjelent tanulmány szerint a bozon mintavételezési feladatot, amivel demonstrálták a gép képességeit, körülbelül 50 milliószor gyorsabban oldották meg, mint a korábbi kísérletek során, amit fotonikus gépekkel végeztek el más cégek. A Borealis 216 kvantumbittel dolgozik és újraprogramozható kapukkal rendelkezik, vagyis minden feladathoz személyre szabottan lehet optimalizálni a beállításait. Ez utóbbi tulajdonsága teszi ideálissá arra, hogy a kutatók a jövőben majd különböző célokra használják, de már most ki lehet próbálni rajta a programok futtatását, mivel a Xanadu elérhetővé tette bárki számára a gépet két platformon keresztül, az egyik a Xanadu Cloud, a másik az Amazon Braket, az Amazon Web Services kvantumszámítógépes felhőszolgáltatása.

A kvantumelsőbbséget már korábban is demonstrálták más számítógépek segítségével, 2019-ben a világon elsőként a Google jelentette be a kvantumfölényt elérését, amit az 53 qubitos szupravezető kvantumchipjével teljesített, majd kínai kutatók a 76 fotonos Csiucsang kvantumszámítógéppel 2020-ban szintén olyan számítási teljesítményt értek el, amely a kvantumelsőbbség bizonyítékául szolgált. Kvantumelsőbbséget vagy más néven kvantumfölényt akkor ér el egy kvantumgép, ha egy feladatot, amelyet a klasszikus számítógépeknek sok-sok évébe vagy akár évezredekbe telne megoldani (ha egyáltalán képesek lennének rá), pillanatok alatt teljesít: a Google állítása szerint az általuk végzett számítást a világ legerősebb számítógépe is 10 000 év alatt végezte volna csak el, a Csiucsang pedig a kutatók szerint kvadrilliószor gyorsabban oldotta meg a problémát, mint a klasszikus gépek.

A Borealis 36 μs alatt számította ki a betáplált mintavételezési feladatot, míg egy szuperszámítógépnek, a rendelkezésre álló leghatékonyabb algoritmusok alkalmazásával is akár 9000 évig tartott volna a munka végére jutni.

A kanadai vállalat a kvantumelsőbbséget a korábbi esetekhez hasonlóan egy bozon mintavételezési feladattal demonstrálta, ami ugyan nehéz matematikai számításokat igényel, de egyúttal olyan teljesítmény, amelynek csak a számítógép gyorsaságának és teljesítményének bizonyítása szempontjából van haszna, a gyakorlati életben a kvantumszámítógépek más típusú feladatok megoldásával fogják az emberiség céljait szolgálni és elősegíteni akár a gyógyszer-, és anyagkutatási, akár a csillagászati, logisztikai vagy éppen pénzügyi számítási munkákat. A Xanadu teljesítménye azonban a kvantumszámítógépek egyre növekvő erejének bemutatása mellett egy másik hasznos képességet is bizonyított: a programozhatóságot, ami a jövőben az univerzális, sokféle célra alkalmas és hibamentes kvantumszámítógépek egyik fontos jellemzője lehet.

A kvantumkapuk paraméterei dinamikusan programozhatóak, a fotonokat számláló detektor pedig különösen érzékeny és nagysebességű feldolgozásra képes, így a GBS (Gaussian Boson Sampling, Gaussian bozon mintavétel) feladatok megoldására ideális tulajdonságokkal rendelkezik. A mintavételezés során az útjukról eltérített, szétszóródó fotonok valószínűségi elosztását próbálják meghatározni, a Borealis ezt az úgynevezett loopok (hurkok), vagyis interferométerek segítségével tudja hatékonyan megoldani: ezek a berendezések lehetőséget adnak rá, hogy egy-egy impulzus ideiglenesen tárolásra kerüljön, mielőtt befut a következő impulzus. A fotonokat komplex, háromdimenziós rendszerben összefonódott állapotba is lehet hozni, amit, a Xanadu leírása szerint, nehéz lenne kivitelezni más felépítésű architektúrával.

A kvantumszámítógépet a felhőszolgáltatásokon keresztül lehet elérni, ahol a kezdők a demóprogrammal tesztelhetik a Borealis tudását, míg a haladók többféle programot is futtathatnak a megadott algoritmusokkal a Strawberry Fields nevű nyílt forrású Python könyvtár telepítése után.

(Fotó: Xanadu)

A klasszikus számítógépek visszavágnak a kvantumszámítógépeknek egy új algoritmussal A kvantumfölényről szóló bejelentésekre egy új algoritmus megalkotásával válaszoltak brit kutatók, és bizonyították, hogy a 600 millió év helyett, amelyet a kvantumprogram tesztelői jósoltak a klasszikus számítógépeknek, valójában 73 nap alatt is megoldják a feladatot.