Kiinalaisten kvanttitietokone laskee valon avulla. Kuva: Hansen Zhong
Kiinalaisten kvanttitietokone laskee valon avulla. Kuva: Hansen Zhong

Kiinalaistutkijoiden mukaan se on maailman nopein kvanttitietokone.

Kiinalaiset tutkijat ovat ilmoittaneet, että he ovat valmistaneet maailman nopeimman kvanttitietokoneen.

Tutkijat Kiinan eri yliopistoista kertovat, miten kone pärjäsi kokeessa, jossa laskettiin fotonien liikeratoja. Niiden laskeminen vaatii tietokoneilta erityisen paljon laskuvoimaa.

Jiuzhang sai vaativassa laskennassa vastauksen ongelmaan noin 200 sekunnissa.

Sisältö jatkuu mainoksen jälkeen

Kiinalaiset väittävät, että hyvin nopea ja perinteiseen tapaan laskeva supertietokone olisi tarvinnut samaan laskentaan noin 2,5 miljardia vuotta. Se on puolet maapallon iästä.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Arvion pohjana oli supertietokone Sunway Taihulight, joka on nyt maailman neljänneksi nopein supertietokone. Ero on siis valtava. Tulos onkin hyvin selvä esimerkki Jiuzhangin ylivoimasta.

Kiinalaisten ilmoituksessa on kiinnostavaa se, että Jiuzhang myös laskee fotoneilla. Ne ovat valon kvantteja ja välittävät sähkömagneettisia vuorovaikutuksia. Aiemmat kvanttitietokoneet ovat laskeneet monin eri keinoin.

Ihmiselle tällainen fotoni näkyy tavallisena valona. Fotoneja on myös muussa sähkömagneettisessa säteilyssä, kuten radioaalloissa, infrapuna- ja ultraviolettivalossa sekä röntgen- ja gammasäteilyssä.

Kvanttilaskenta on näkynyt vuoden aikana uutisissa. Alan tutkijat ovat kinastelleet siitä, mihin kaikkeen aivan uudenlainen tietokone pystyy, jos pystyy.

Laskeeko se esimerkiksi vain erityisiä ongelmia? Vai pystyykö se lopulta selvittämään kaikenlaisia ongelmia aivan kuin perinteinen tietokone, jota ihmiset käyttävät töissä ja kotona?

Iso mutta tavallinen tietokone, kuten supertietokone, pystyy laskemaan lyhyessäkin ajassa suuria aineistoja. Kvanttitietokone on tähän mennessä ratkonut vain erityisiä ongelmia, mutta ylivoimaisen nopeasti.

Samalla syntyi keskustelu kvanttiherruudesta. Kvanttitietokone saavuttaa herruuden, kun se pystyy päihittämään perinteisen supertietokoneen suorituskyvyn ainakin yhdessä laskennallisessa ongelmassa, kertoo verkkosivu Phys.org.

Kvanttitietokone laskee kvantteja rinnakkain. Laskennan yksikkö on kubitti, kvanttibitti.

Tavallinen tietokone laskee nollia ja ykkösiä peräkkäin. Kvanttilaskennassa yhden erillisen laskun vastaus on usein epämääräinen mutta lopputulokseksi jalostuu jokin arvo, nolla tai yksi. Kvanttilaskimen nopeus perustuu tähän ilmiöön.

Kvanttiherruutta pitivät lokakuusta 2019 hallussaan hakuyhtiö Googlen kvanttitietokone ja sen prosessori Sycamore. Se laskee kubiteilla, jotka on tehty suprajohtavista materiaaleista.

Hyvin kylmissä suprajohteissa sähkö kulkee ilman vastusta. Se tekee laskennasta ”liukasta”.

Kiinalaiset taas rakensivat kvanttilaskimensa näkyvän valon fotoneilla. Kokeessa kone laski fotonien liikeratoja, joiden erottelussa käytetään klassista laskenta-algoritmia.

Laskentaa varten rakennettiin laite, jossa fotoneja lähetetään valonlähteestä eli laserista rinnakkain piiriin. Piireissä niitä käytetään säteenjakajien, peilien ja fotonien ilmaisimien avulla.

Kvanttilaskinta on vaikea rakentaa, koska se on hyvin herkkä häiriöille.

Kvanttitietokone päihittää kaikki maailman parhaat supertietokoneet vain 53 kubitilla, jos niitä voidaan hallita tarpeeksi hyvin.

Tähän on jo päästy esimerkiksi Googlen koneella, mutta häiriöt, kuten yleinen kohina, vievät laskennalta tehoa.

Kun ratoja lomitetaan näin perä perää, tavallinen tietokone tukkeutuu hyvin nopeasti.

On väitetty, että kiinalaisten prototyyppi voi laskea kymmenen miljardia kertaa niin nopeasti kuin se 53-kubittinen, jonka Google valmisti. Näiden kahden koneen nopeutta ei kuitenkaan voi suoraan verrata keskenään, koska ne laskevat eri ongelmia.

Googlen kvanttilaskin on kuitenkin yleiskäyttöisempi, sanovat alaa tuntevat.

”Kiinalaiset vahvistivat tässä kokeessa ensi kertaa riippumattomasti Googlen väitteen, että kvanttiherruuden voi todella saavuttaa”, sanoo tietojenkäsittelytieteen teoreetikko Scott Aaronson Texasin yliopistosta Austinista verkkopalvelu Science Newsille.

Kiinassa on kehitelty kvanttilaskentaa jo 20 vuotta kvanttifyysikko Pan Jianwein johdolla.

Fotonit liikkuvat sutjakkaasti, mutta niidenkin hallinnassa on omat vaativat ongelmansa.

”On helppo hörpätä vettä siemaus kerrallaan. Mutta on erittäin vaikeaa juoda vettä vain yksi molekyyli kerrallaan”, Pan kuvailee valtion uutistoimistolle Xinhualle.

”Hyvän fotonien lähteen pitää vapauttaa vain yksi fotoni kerrallaan. Se on iso haaste.”

Kiinalaisten tuloksista kertoi tiedelehti Science.

Rajoituksista huolimatta tämäkin ultranopea kvanttilaskenta tarjoaa ehkä joskus sovelluksia. Niitä voisivat käyttää ainakin kemistit, lääkkeiden kehittelijät ja koneoppimisen tutkijat.

Sisältö jatkuu mainoksen alla