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量子计算机面临激光挑战

2023-11-23 09:51:16  来源:激光网原创    

  对于我们中的许多人来说,计算机一直是一系列的零和一。有一种类型的计算 - 它是比特和字节,我们学会了接受它。这是纯粹的 - 简单,合乎逻辑。

  当量子计算进入对话时,我们感到恐慌。量子比特到底是什么?我们是否可以从同时同时是两者和不是,以及零和一的值的角度来思考,而不是零和一?

  当然不是。

  鲁蒂·本·什洛米在她的学术生涯中就是这样做的。从头开始创建量子计算机,并最终决定值得追求不同的解决方案。

  在魏茨曼科学研究所与未来的首席技术官切内·特拉东斯基会面后,两人意识到基于激光的计算在对话中占有一席之地,并决定成立一家初创公司。

  LightSolver 成立于 2020 年,已获得 TAL Ventures、Entree Capital、IBI Tech Fund 和 Angular Ventures 的投资。基于激光的计算机本身很小 - 与传统台式计算机的大小大致相同,看起来类似于标准服务器 - 并且在室温下以低功耗要求运行。

  目前,基于激光的虚拟处理单元处于“alpha”阶段,而LPU物理单元预计将于今年年底开始订购。

  “我们正在开发一种全栈计算机。我们有三层,所以我们知道如何从客户端解决问题,与我们的算法开发人员一起翻译它,并将其带到激光上,“Ben Shlomi 解释道。

  她描述它的方式——我觉得对笔者来说有点简化——是一个数学模型,带有“配方”告诉它如何与激光对话。

  “一旦我们有了这个包含所有自旋和连接的矩阵,我们就知道如何将它们吹到系统内部的光电设备上,然后我们打开激光器。激光器,从非常小的腔体内的激光器开始,相互干扰,计算和处理问题,并非常快速地收敛出解决方案,这样我们只需要用一个非常简单的相机检测它,我们就可以将其转换回客户端。

  由于内部没有内置电子设备,该解决方案特别独特。这也意味着该系统可以紧凑,具有低功耗要求和在室温下运行的能力;与量子计算机明显不同,量子计算机需要保持在接近-273.15°C左右,也称为绝对零度。

  根据Ben Shlomi的说法,缺乏电子设备也意味着计算机速度更快,因为它不受这些电子设备运行速度的限制。

  该解决方案被描述为基于量子的,当然该过程的一些“元素”确实让人想起量子计算机,但就此而言,有一点相似之处。

  事实上,这台计算机是完全经典的,当被问及它与光子量子计算机有何不同时,Ben Shlomi解释说。

  “我们不是使用单光子电池,而是使用激光器和完全简单的二极管 - 我们使用的是这些激光器,它们是经典的波动方程,它们都是干扰的。该系统确实具有叠加态 - 允许事物同时以多个“状态”存在,但这并不是量子计算机独有的。在这种情况下,这是两个激光相互施加的直接影响。

  也有一些干扰效应,但 LPU 会将这些干扰效应转换为位语言。在计算方面,您总是在寻找解决方案。通常,得出的第一个解决方案并不是“最佳的”,不同类型的计算机有不同的方法来改进和改进它。

  “因此,通过经典计算,你可以增加噪声,然后你可以克服障碍并继续搜索,希望你会找到一个比你以前找到的更好的解决方案,”Ben Shlomi说。

  “从量子上讲,也许你可以把它挖出来。这就是量子计算机所指望的。但是我们并没有因为没有纠缠,我们没有量子效应,但我们确实有叠加。

  “这是什么意思?这意味着从某种意义上说,所有的激光都在相互干扰,它们在一次射击中同时扫描所有的可能性。因为它们可以干扰电子设备无法干扰的地方。你不能用1000根电线连接所有连接来处理这样的问题,但有了激光,你可以在一个空间域中做到这一点。

  正因为如此,LPU 适用于NP-hard问题,换句话说,这些极其复杂的问题既难以解决,也难以验证找到的解决方案是否正确。

  LPU 可能能够解决的 NP 困难问题的一个例子是旅行推销员问题。TSP 是一种长期参考的数学计算,通过为旅行推销员找到最快的路线来解决,该推销员必须访问 x 个彼此距离不同的城市,而每个城市只访问一次。

  如果 x 金额是三个城市:这将相对简单。我们都可以找出从旧金山到洛杉矶,然后到德克萨斯州,然后返回的最合乎逻辑的旅行方式。但是,当城市数量开始增加时,可能性变得太多了,无法在合理的时间内计算出来——或者正如 Ben Shlomi 所说——“尝试在 GPU 上做这件事,它会把你带到宇宙的边缘。

  由于激光的叠加效应,LPU 非常适合处理这种情况。它可以同时计算多个变化。“它正是你可以上传到LPU的问题。它的独特之处在于它将扫描所有的可能性,即使你谈论的是 50 个城市,它也只是意味着我们需要 2500 次旋转,因为它是 50 个正方形,而 2500 是一个我们可以非常快速地达到并收敛解决方案的数字,而不是宇宙的年龄。

  LPU 还可用于更传统或更简单的计算问题。但是,正如 Ben Shlomi 所解释的那样,如果这就是您需要做的,那么只使用普通计算机要合乎逻辑得多。有一种事情是使用技术,而技术对这个问题的要求过高。

  归根结底,计算的未来仍然有些悬而未决。量子计算机每天都在取得进展,经典计算机继续变得越来越强大,即使进步的临界点似乎越来越近。

  尽管LightSolver是一种经典的计算解决方案,但它的竞争对手主要来自量子计算机 - 包括IBM在内的一些计算机领域的知名人士正在探索量子计算机。但更具体地说,光子量子计算机。

  LightSolver解决方案不是光子量子计算机 - Ben Shlomi说得很清楚,但它是受量子启发的,基于激光的处理单元与光子量子解决方案之间存在明显的相似之处,例如OrcaComputing,PsiQuantum和Xanadu Quantum Technologies提供的光子量子解决方案。

  其中许多解决方案要求量子计算机保持在绝对零度环境中才能运行,但其他解决方案已经开始克服这个问题。IonQ是一家被困离子量子计算机公司,它使用激光多普勒冷却,以单个原子为目标,这意味着计算机可以在室温下运行。

  同样,Quantum Brilliance 成功建立了一个可以在室温环境中部署的量子加速器,在这种情况下,通过使用合成钻石中的氮空位中心,有效地在钻石结构中产生缺陷,并能够利用其光致发光能力来读取量子比特的自旋状态。

  至于基于激光的计算或量子计算是否会持续成功和长寿,将取决于两者快速且经济地扩展的能力。

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