วงจรออปติคัลได้ดำเนินการคำนวณควอนตัมที่เรียกว่า “การสุ่มตัวอย่างแบบเกาส์เซียน” (GBS) เร็วกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ 100 ล้านล้านเท่า ตามรายงานของนักวิจัยในจีน ความสำเร็จนี้ทำได้โดยJian-Wei PanและChao-Yang Luที่มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีนในเหอเฟยและเพื่อนร่วมงาน แม้ว่า GBS จะได้รับการออกแบบมาเพื่อแสดงให้เห็นว่าการคำนวณควอนตัม
สามารถทำได้เร็วกว่าการคำนวณแบบเดียวกัน
บนคอมพิวเตอร์ทั่วไป ซึ่งเรียกว่าข้อได้เปรียบเชิงควอนตัม แต่ก็อาจมีการใช้งานเฉพาะทาง การสุ่มตัวอย่างโบซอนเป็นวิธีการคำนวณเอาท์พุตของวงจรออปติคัลเชิงเส้นที่มีหลายอินพุตและหลายเอาต์พุต โฟตอนเดี่ยวเข้าสู่วงจรแบบขนานและพบส่วนประกอบทางแสง เช่น ตัวแยกลำแสง เนื่องจากลักษณะของโบโซนิก หากโฟตอนสองโฟตอนมาถึงตัวแยกลำแสงพร้อมกัน ทั้งคู่ก็จะไปตามเส้นทางเดียวกัน คุณสมบัตินี้ทำให้ยากอย่างยิ่งที่จะใช้คอมพิวเตอร์ทั่วไปในการคำนวณเอาท์พุตของวงจร แม้แต่โฟตอนอินพุตและช่องสัญญาณเอาท์พุตที่มีจำนวนพอเหมาะ แม้ว่าการสุ่มตัวอย่างโบซอนจะทำได้ยากและต้องใช้ควอนตัมออปติกที่ล้ำสมัย แต่ก็ควรมีประสิทธิภาพเหนือกว่าอย่างมากมายแม้แต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุด
วงจรสุ่มตัวอย่างโบซอนสามารถคิดได้ว่าเป็นเมทริกซ์ที่สร้างการเปลี่ยนแปลงของโฟตอนอินพุต การคำนวณผลลัพธ์เกี่ยวข้องกับการหา “ค่าคงที่” ของเมทริกซ์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับดีเทอร์มีแนนต์ของเมทริกซ์ แต่จะคำนวณได้ยากกว่ามาก การสุ่มตัวอย่างโบซอนจะกำหนดความถาวรโดยส่งกลุ่มโฟตอนเดี่ยวไปยังวงจรออปติคัลและวัดเอาต์พุต จำนวนโฟตอนจะน้อยกว่าจำนวนโหมดเอาท์พุตของวงจร – ตัวอย่างเช่น สามโฟตอนสามารถส่งไปยังวงจรหกโหมดได้
สถานะบีบโหมดเดี่ยวในงานวิจัยล่าสุดนี้
ทีมงานได้ใช้เทคนิคที่เกี่ยวข้องที่เรียกว่า Gaussian boson sampling (GBS) ซึ่งใช้สถานะแสงที่บีบในโหมดเดียวแทนโฟตอนเดี่ยว แทนที่จะกำหนดความถาวรของวงจร การสุ่มตัวอย่างแบบ Gaussian boson จะให้ปริมาณที่ใกล้เคียงกันซึ่งยากอย่างยิ่งต่อการคำนวณโดยใช้คอมพิวเตอร์ทั่วไป
ตามที่ Pan กล่าว GBS มีข้อดีที่สำคัญสองประการเหนือเทคนิคโฟตอนเดียว อย่างแรกคืออัตราการสร้างโฟตอนสำหรับ GBS นั้นสูงกว่ามากสำหรับการสุ่มตัวอย่างโบซอนแบบโฟตอนเดียว และประการที่สองมี “ข้อเสนอมากมายสำหรับการใช้งานจริงตาม [GBS]”
วงจรออปติคัลของทีมมี 100 อินพุตและเอาต์พุต 100 รายการและประกอบด้วยตัวแยกลำแสง 300 ตัวและกระจกเงา 75 ตัวที่จัดเรียงแบบสุ่ม ระบบเชื่อมต่ออย่างสมบูรณ์ ดังนั้นโฟตอนที่พอร์ตอินพุตใดๆ สามารถโผล่ออกมาจากพอร์ตเอาต์พุตใดก็ได้
GBS ใช้เวลาประมาณ 200 วินาทีในการคำนวณตามที่ต้องการ ในขณะที่ทีมประเมินว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ที่เร็วที่สุดของจีน Sunway TaihuLight จะใช้เวลา 2.5 พันล้านปีในการคำนวณ“ก้าวสำคัญ”คริสติน ซิลเบอร์ฮอร์น จากมหาวิทยาลัยพาเดอร์บอร์นในเยอรมนี ผู้ซึ่งร่วมกับเพื่อนร่วมงานได้เสนอ GBS เป็นครั้งแรกในปี 2560 เธอชี้ให้เห็นว่าการขยายระบบเป็น 100 เท่า ขนาด 100 น่าจะท้าทายมาก
Ian Walmsleyที่ Imperial College London เห็นด้วย โดยเสริมว่าทีมได้ “พยายามอย่างกล้าหาญ” ในการ “เตรียมสถานะควอนตัมที่แยกไม่ออกโดยสิ้นเชิง และทำให้แน่ใจว่าโฟตอนจะไม่สูญหาย” อย่างไรก็ตาม เขาชี้ให้เห็นว่าการใช้เลนส์จำนวนมากแทนที่จะเป็นออปติกแบบรวมอาจทำให้ยากต่อการขยายขนาดระบบเพิ่มเติม
โดยไม่สะทกสะท้าน Lu กล่าวว่าทีมได้ทำ
“การปรับปรุงประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดแสงควอนตัมอย่างมาก” ซึ่งเขากล่าวว่าควรเปิดใช้งานการทดสอบเวอร์ชัน 144 × 144 เมื่อมองไปข้างหน้า เขากล่าวว่า “ในปี 2564 เราจะทำให้เครื่อง GBS ปรับแต่งได้มากขึ้น กะทัดรัดขึ้น และมีเสถียรภาพมากขึ้น และมองหาการใช้งานจริง”
สเปกตรัมโมเลกุลแม้ว่าระบบปัจจุบันจะไม่มีการใช้งานจริงนอกเหนือจากการแสดงให้เห็นถึงความได้เปรียบเชิงควอนตัม Pan กล่าวว่า “เรารู้สึกตื่นเต้นกับประโยชน์ที่เป็นไปได้ของการสุ่มตัวอย่างโบซอนเนื่องจากชุมชนมีแนวคิดมากมาย”การปฏิวัติควอนตัม
Walmsley กล่าวเสริมว่า “มีปัญหาการจำลองที่น่าสนใจที่อาจได้รับประโยชน์จากเครื่องเก็บตัวอย่างโบซอนมาตราส่วน b ใหม่นี้ ซึ่งรวมถึงการสร้างแบบจำลองของโมเลกุลสเปกตรัมและไดนามิกการสั่นสะเทือน อย่างไรก็ตาม แม้แต่สิ่งเหล่านั้นก็ต้องการการเพิ่มความไม่เชิงเส้นเชิงกำหนดที่ระดับโฟตอนเดียวเพื่อให้สามารถจัดการกับระบบในโลกแห่งความเป็นจริงได้อย่างแม่นยำ”
“สายฟ้าฟาดหนึ่งครั้งมีกำลังเกิน 3 TW ซึ่งแรงกว่าสายฟ้าธรรมดาที่ตรวจพบจากอวกาศหลายพันเท่า” ปีเตอร์สันกล่าว “การทำความเข้าใจเหตุการณ์สุดโต่งเหล่านี้มีความสำคัญ เพราะมันบอกเราว่าสายฟ้าทำอะไรได้บ้าง”
ปกป้องฟาร์มกังหันลม“ [superbolts] จำนวนมากเกิดขึ้นเหนือมหาสมุทรซึ่งสมควรได้รับการพิจารณาในแนวทางการป้องกันฟ้าผ่า เนื่องจากจำนวนฟาร์มกังหันลมเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว” Martin Fullekrugนักฟิสิกส์จาก University of Bath กล่าว
นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยวอชิงตันRobert Holzworthสงสัยว่า superbolts ที่ “จริง” นั้นเกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ประจุบวกเท่านั้น ซึ่งเขาตั้งข้อสังเกตว่าไม่เห็นด้วยกับผลงานก่อนหน้านี้ของเขา เขากล่าวว่างาน Los Alamos “ทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับรายละเอียดของฟ้าผ่ารุนแรงที่ตรวจพบโดยระบบ RF เมื่อเทียบกับระบบดาวเทียมออปติคัล ฉันคิดว่านี่อาจเป็นปลาเฮอริ่งแดง”
ยังมีอีกมากที่ต้องเรียนรู้เกี่ยวกับ superbolts, megaflashes และวิธีที่ฟ้าผ่าทำให้เมฆพายุโดยทั่วไปสว่างขึ้น Peterson กล่าวว่า “เราเพิ่งเริ่มทำการวัดตามอวกาศอย่างต่อเนื่องจากวงโคจรค้างฟ้าที่อนุญาตให้ระบุกรณีที่หายากเป็นพิเศษเหล่านี้ได้เป็นประจำในไม่กี่ปีที่ผ่านมาในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา” “การเปิดตัวดาวเทียม Meteosat รุ่นที่สามในปีหน้าจะเป็นก้าวที่สำคัญสำหรับการวิจัยฟ้าผ่าบนอวกาศ เพราะมันจะครอบคลุมพื้นที่ฮอตสปอตที่สำคัญสำหรับกิจกรรมฟ้าผ่า – ลุ่มน้ำคองโกในแอฟริกา – และภูมิภาคฮอตสปอตที่สำคัญสำหรับ superbolts – ทะเลเมดิเตอร์เรเนียน.”
Credit : balihai2007.com batterypoweredsystem.com blackrockemporium.com blaemuircottage.com bluemountainheart.net
