演示設(shè)備

威特沃特斯蘭德大學(xué)(Wits)的物理學(xué)家利用激光束和日常顯示技術(shù)開發(fā)出了一種創(chuàng)新的計(jì)算系統(tǒng)，標(biāo)志著在尋求更強(qiáng)大的量子計(jì)算解決方案方面取得了重大飛躍。

該大學(xué)結(jié)構(gòu)光實(shí)驗(yàn)室的研究人員取得的這一突破，通過利用光的獨(dú)特特性，為先進(jìn)的量子計(jì)算提供了一種更簡(jiǎn)單、更具成本效益的方法。這一發(fā)展有可能加速物流、金融和人工智能等領(lǐng)域的復(fù)雜計(jì)算。這項(xiàng)研究以編輯推薦的形式發(fā)表在《APL Photonics》雜志上。

Wits光學(xué)領(lǐng)域 Optica 新興領(lǐng)導(dǎo)者主席 Isaac Nape 博士說：“傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的工作原理就像配電盤一樣，將信息處理為簡(jiǎn)單的 “是 ”或 “否 ”的決定。我們的方法利用激光束同時(shí)處理多種可能性，大大提高了計(jì)算能力?！?/p>

包括碩士生Mwezi Koni和Hadrian Bezuidenhout在內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)利用普通得令人吃驚的部件——激光束、類似于投影儀的數(shù)字顯示器和簡(jiǎn)單的透鏡，構(gòu)建了他們的系統(tǒng)。

關(guān)鍵在于將光如何與數(shù)字顯示器和透鏡等光學(xué)設(shè)備相互作用與量子計(jì)算機(jī)中量子運(yùn)算所執(zhí)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算聯(lián)系起來。這些運(yùn)算可以簡(jiǎn)單地分解為乘法和加法(使用向量和矩陣)，全部以光速執(zhí)行。

使用光矢量矩陣乘法的量子計(jì)算模擬

一旦實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，他們就展示了Deutsch-Jozsa算法，這是一種巧妙的測(cè)試方法，可以確定計(jì)算機(jī)執(zhí)行的操作是隨機(jī)的還是可預(yù)測(cè)的--量子計(jì)算機(jī)執(zhí)行這種操作的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何經(jīng)典計(jì)算機(jī)器。

Koni補(bǔ)充說：“我們的工作為模擬更復(fù)雜的量子算法鋪平了道路。這將為量子優(yōu)化和量子機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域帶來令人興奮的新可能性?！?/p>

與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，他們的方法可以處理更多的信息，而傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)只能處理 1 和 0。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的Koni說：“我們已經(jīng)證明，我們的系統(tǒng)可以處理 16 種不同層次的信息，而不僅僅是經(jīng)典計(jì)算機(jī)中使用的兩種信息。理論上，我們可以將其擴(kuò)展到處理數(shù)百萬個(gè)層次，這將改變處理復(fù)雜信息的游戲規(guī)則?！?/p>

對(duì)于南非和其他新興經(jīng)濟(jì)體來說，這項(xiàng)研發(fā)的特別意義在于它的可及性。該系統(tǒng)使用現(xiàn)成的設(shè)備，使其成為可能無法獲得更昂貴計(jì)算技術(shù)的研究實(shí)驗(yàn)室的實(shí)用選擇。

Bezuidenhout說：“光是這種計(jì)算的理想介質(zhì)，它的移動(dòng)速度快得驚人，可以同時(shí)處理多個(gè)計(jì)算。這使它成為處理復(fù)雜問題的完美工具，而傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能解決這些問題?！?/p>

這項(xiàng)研究是WitsQ量子計(jì)劃的一部分，得到了南非量子計(jì)劃(SAQuTI)的支持，使南非站在了先進(jìn)計(jì)算研究的前沿。該團(tuán)隊(duì)目前正在努力擴(kuò)展其系統(tǒng)的功能，這可能會(huì)在未來帶來更強(qiáng)大的計(jì)算解決方案。

這一發(fā)展標(biāo)志著南非在使先進(jìn)計(jì)算更加普及和實(shí)用方面邁出了重要一步，特別是對(duì)于那些尖端技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施可能受到成本限制的地區(qū)。

審核編輯 黃宇