Komputer kuantum canggih tersedia untuk umum untuk pertama kalinya

Komputer kuantum canggih tersedia untuk umum untuk pertama kalinya

Komputer kuantum : Sebuah komputer kuantum yang mengkodekan informasi dalam pulsa cahaya telah menyelesaikan tugas dalam 36 mikrodetik yang akan membutuhkan superkomputer terbaik setidaknya 9000 tahun untuk menyelesaikannya. Para peneliti di balik mesin tersebut juga telah menghubungkannya ke internet, memungkinkan orang lain memprogramnya untuk digunakan sendiri – pertama kali komputer kuantum yang begitu kuat tersedia untuk umum.

Komputer kuantum mengandalkan sifat aneh mekanika kuantum untuk secara teoritis melakukan perhitungan tertentu jauh lebih cepat daripada komputer konvensional. Tujuan lama di lapangan, yang dikenal sebagai keunggulan kuantum atau supremasi kuantum, telah menunjukkan bahwa komputer kuantum benar-benar dapat mengalahkan mesin biasa. Google adalah yang pertama melakukannya pada tahun 2019 dengan prosesor Sycamore-nya, yang dapat memecahkan masalah yang melibatkan pengambilan sampel angka acak yang pada dasarnya tidak mungkin dilakukan untuk mesin klasik.

Sekarang, Jonathan Lavoie di Xanadu Quantum Technologies di Toronto, Kanada, dan rekan-rekannya telah membangun komputer kuantum yang disebut Borealis yang menggunakan partikel cahaya, atau foton, berjalan melalui serangkaian loop serat optik untuk memecahkan masalah yang dikenal sebagai pengambilan sampel boson. Ini melibatkan pengukuran sifat-sifat sekelompok besar foton terjerat, atau terkait kuantum, yang telah dipisahkan oleh pemecah berkas.

Pengambilan sampel boson adalah tugas yang sulit untuk komputer biasa karena kompleksitas perhitungan meningkat secara drastis seiring dengan meningkatnya jumlah foton. Borealis pada dasarnya menghitung jawabannya dengan secara langsung mengukur perilaku hingga 216 foton yang terjerat.

Memecahkan masalah ini tidak terlalu berguna di luar penetapan bahwa keuntungan kuantum telah dicapai, tetapi ini adalah ujian penting. “Dengan mendemonstrasikan hasil ini menggunakan Borealis, kami telah memvalidasi teknologi utama yang kami butuhkan untuk komputer kuantum masa depan,” kata Lavoie.

Borealis adalah perangkat kedua yang menunjukkan keunggulan kuantum dalam pengambilan sampel boson. Yang pertama adalah mesin yang disebut Jiuzhang, dibuat oleh para peneliti di University of Science and Technology of China (USTC). Ini pertama kali menunjukkan keunggulan kuantum pada tahun 2020 dengan 76 foton dan sekali lagi dalam versi yang ditingkatkan pada tahun 2021 menggunakan 113 foton. Tim USTC juga menunjukkan keunggulan kuantum tahun lalu dalam masalah pengambilan sampel angka acak, dengan mesin yang disebut Zuchongzhi.
Lebih banyak kekuatan

Borealis merupakan kemajuan di Jiuzhang karena merupakan sistem yang lebih kuat, mampu menghitung dengan jumlah foton yang lebih besar, dan memiliki arsitektur yang disederhanakan, kata Peter Knight dari Imperial College London. “Kami semua berpikir bahwa eksperimen Tiongkok adalah sebuah tur de force, tetapi kami tidak dapat melihat bahwa itu akan berlanjut lebih jauh karena ada batasan berapa banyak barang yang dapat Anda masukkan ke meja optik Anda,” katanya.

Dibandingkan dengan Borealis, Jiuzhang menggunakan lebih banyak beam splitter untuk mengirim foton yang terjerat ke banyak arah yang berbeda. Tapi Borealis mengambil pendekatan yang berbeda, menggunakan loop serat optik untuk menunda lewatnya beberapa foton relatif terhadap yang lain – memisahkan mereka dalam waktu, bukan ruang.

Manfaat tambahan dari desain stripped-back adalah komputer ini lebih mudah dikontrol, sehingga juga dapat diprogram ulang dari jarak jauh agar orang dapat menjalankannya dengan pengaturan mereka sendiri. “Borealis adalah mesin pertama yang mampu memberikan keunggulan komputasi kuantum yang tersedia untuk umum bagi siapa saja yang memiliki koneksi internet,” kata Lavoie.

Orang mungkin akan mulai dengan menguji variasi pengambilan sampel boson, kata Knight, tetapi, nanti, dimungkinkan untuk menerapkan Borealis pada masalah yang berbeda. Sejauh ini, tidak ada yang mampu menunjukkan keunggulan kuantum untuk tugas komputasi yang “berguna” – masalah pengambilan sampel acak yang pertama kali ditangani oleh Google pada dasarnya tidak memiliki aplikasi selain menunjukkan keunggulan kuantum.

Sementara Borealis adalah lompatan maju yang mengesankan dalam skala di atas Jiuzhang, ia gagal menjadi komputer kuantum yang sepenuhnya dapat diprogram seperti Sycamore atau Zuchongzhi, kata Raj Patel di Universitas Oxford. Ini karena komponen yang disebut interferometer, yang mengukur pola interferensi untuk mengekstrak informasi dari foton, telah dibatasi hanya untuk merekam interaksi foton tertentu dalam upaya untuk mendapatkan pembacaan yang lebih jelas. “Untuk membuat mesin yang dapat diprogram dan dapat mengatasi masalah dunia nyata, Anda benar-benar ingin interferometer terhubung sepenuhnya,” kata Patel.

Lavoie dan rekan-rekannya sekarang bekerja untuk mengubah cetak biru yang mereka rilis tahun lalu menjadi prosesor fotonik yang dapat diskalakan dan toleran terhadap kesalahan yang dibangun di atas chip terintegrasi, yang akan meningkatkan kemampuan mesin kuantum lebih jauh.

Frontier superkomputer exascale pertama di dunia memecahkan rekor kecepatan

Komputer exascale pertama di dunia, yang mampu melakukan satu miliar miliar operasi per detik, telah dibangun oleh Laboratorium Nasional Oak Ridge di Tennessee.

Laptop biasa hanya mampu melakukan beberapa teraflop, atau satu triliun operasi per detik, yang satu juta kali lebih sedikit. Mesin exaflop, yang disebut Frontier, dapat membantu memecahkan berbagai masalah ilmiah yang kompleks, seperti pemodelan iklim yang akurat, simulasi fusi nuklir, dan penemuan obat.

“Frontier akan menawarkan kemampuan pemodelan dan simulasi pada tingkat kinerja komputasi tertinggi,” kata Thomas Zacharia dari Oak Ridge National Laboratory.

Sistem komputasi Frontier ditempatkan di 74 kabinet terpisah, terdiri dari 9400 CPU, atau prosesor komputer standar, dan 37.000 GPU, yang merupakan prosesor yang dirancang untuk membuat grafik 3D tetapi juga dapat digunakan untuk berbagai tugas lainnya.

Ini berarti mesin memiliki total 8.730.112 core yang mampu melakukan tugas komputasi paralel; laptop khas memiliki antara lima dan sembilan. Pada daya puncak, komputer menghasilkan begitu banyak panas sehingga memerlukan empat pompa berdaya tinggi untuk mendorong lebih dari 25.000 liter air ke sekitar mesin setiap menit.

Kinerja exaflop Frontier berarti bahwa tidak hanya nomor satu di TOP500, sebuah kolaborasi internasional untuk memberi peringkat superkomputer paling kuat di dunia, tetapi juga mewakili seperempat dari kekuatan komputasi dari seluruh daftar.

“Satu mesin mewakili 25 persen dari total kinerja seluruh daftar, jadi ini adalah pencapaian yang sangat, sangat mengesankan,” kata Simon McIntosh-Smith di University of Bristol, Inggris.

Frontier juga belum mencapai bentuk akhirnya. Selama beberapa bulan dan tahun mendatang, karena perangkat lunaknya dioptimalkan, itu bisa mencapai puncak teoritis 2 exaflops.

Di masa lalu, tonggak superkomputer segera diikuti oleh lebih banyak mesin dengan kemampuan serupa. Meskipun ada beberapa mesin exascale yang direncanakan untuk beberapa tahun ke depan, tidak jelas seberapa luas teknologi ini nantinya.

“Tingkat peningkatan dalam elektronik agak melambat, jadi kami tidak mengharapkan mesin exascale berkembang biak melalui TOP500 secepat yang terjadi untuk petascale, misalnya,” kata McIntosh-Smith, mengacu pada mesin dengan seperseribu kemampuan.