สถิติโลกใหม่จากการทดลอง 3,050 โฟตอน

จุดเด่นของ Jiuzhang 4.0 คือการสาธิต programmable 3,050‑photon Gaussian boson sampling ซึ่งเป็นการทดลองที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในระบบควอนตัมแบบโฟโตนิกจนถึงตอนนี้

งานวิจัยระบุว่าระบบสามารถจัดการและตรวจจับสถานะควอนตัมของโฟตอนได้สูงสุด 3,050 โฟตอน ในการทดลองเดียว ซึ่งถือเป็นการเพิ่มสเกลอย่างมากเมื่อเทียบกับระบบก่อนหน้า

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์นี้ นักวิจัยใช้

• แหล่งกำเนิด squeezed light ประสิทธิภาพสูง 1,024 ช่อง
• โปรเซสเซอร์โฟโตนิกแบบตั้งโปรแกรมได้ที่มี 8,176 โหมด

การออกแบบดังกล่าวช่วยให้ระบบสร้างและตรวจจับเหตุการณ์ควอนตัมจำนวนมาก พร้อมลดปัญหาการสูญเสียโฟตอนซึ่งเป็นอุปสรรคสำคัญของการทดลองควอนตัมด้วยแสง

แตกต่างจาก Jiuzhang 3.0 อย่างไร

ก่อนหน้านี้ทีมเดียวกันเคยเปิดตัว Jiuzhang 3.0 ในปี 2023 ซึ่งสามารถตรวจจับโฟตอนได้ 255 ตัว ในการทดลอง boson sampling

Jiuzhang 4.0 จึงมีการพัฒนาหลักหลายด้าน ได้แก่

• สเกลโฟตอนเพิ่มขึ้นมหาศาล: จาก 255 โฟตอนเป็น 3,050 โฟตอน
• ระบบที่ตั้งโปรแกรมได้: งานวิจัยระบุว่า Jiuzhang 4.0 เป็นโปรเซสเซอร์โฟโตนิกแบบ programmable
• สถาปัตยกรรมระบบที่ใหญ่ขึ้น: ใช้โครงสร้าง photonic processor แบบ hybrid spatial‑temporal encoding ที่รองรับโหมดจำนวนมาก

อย่างไรก็ตาม ข้อมูลที่มีอยู่ไม่ได้ให้รายละเอียดเชิงองค์ประกอบทั้งหมดของฮาร์ดแวร์เพื่อเปรียบเทียบแบบชิ้นต่อชิ้นระหว่างสองรุ่น

ความเร็วเทียบกับซูเปอร์คอมพิวเตอร์

รายงานข่าวระบุว่าการคำนวณ Gaussian boson sampling ด้วย Jiuzhang 4.0 มีความเร็วมากกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลกประมาณ 10^54 เท่า สำหรับงานประเภทเดียวกัน

ในบริบทของการวิจัยก่อนหน้า การทดลอง GBS บางประเภทที่ควอนตัมคอมพิวเตอร์ทำได้ในระดับ ไม่กี่นาที อาจต้องใช้เวลาจำลองด้วยอัลกอริทึมคลาสสิกนานถึง 600 ล้านปี หากใช้วิธีคำนวณแบบเดิม

จุดสำคัญคือการแข่งขันระหว่าง

• ฮาร์ดแวร์ควอนตัมที่พัฒนาเร็วขึ้น
• อัลกอริทึมคลาสสิกที่พยายามจำลองผลลัพธ์ควอนตัม

งานของ Jiuzhang 4.0 จึงเน้นการพิสูจน์ว่า ข้อได้เปรียบของควอนตัมยังคงอยู่ แม้มีสัญญาณรบกวนและการพัฒนาอัลกอริทึมคลาสสิกใหม่ ๆ

ทำไมความก้าวหน้านี้จึงสำคัญ

Gaussian boson sampling เป็นปัญหาที่เหมาะสำหรับการทดสอบขีดความสามารถของคอมพิวเตอร์ควอนตัม เพราะความซับซ้อนของมันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อจำนวนโฟตอนและโหมดเพิ่มขึ้น

ความสำเร็จของ Jiuzhang 4.0 มีความหมายในหลายมิติ

• แสดงให้เห็นว่าระบบควอนตัมแบบโฟโตนิกสามารถ ขยายสเกลได้มากขึ้น
• สนับสนุนหลักฐานของ quantum computational advantage ในการทดลองจริง
• แสดงความก้าวหน้าในด้าน ความเที่ยงตรงของระบบ (fidelity) และการออกแบบฮาร์ดแวร์

อย่างไรก็ตาม Jiuzhang 4.0 ยังไม่ใช่ควอนตัมคอมพิวเตอร์สากลแบบ fault‑tolerant ที่สามารถรันโปรแกรมทั่วไปได้ แต่เป็นการทดลองขั้นสูงที่แสดงศักยภาพของเทคโนโลยีควอนตัมในงานเฉพาะทาง

พูดง่าย ๆ คือ มันเป็นก้าวสำคัญของ ควอนตัมคอมพิวเตอร์แบบใช้แสง ที่ช่วยยืนยันว่าระบบควอนตัมสามารถทำบางงานได้ยากเกินกว่าที่คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมจะจำลองได้ในทางปฏิบัติ.

สถิติโลกใหม่จากการทดลอง 3,050 โฟตอน

จุดเด่นของ Jiuzhang 4.0 คือการสาธิต programmable 3,050‑photon Gaussian boson sampling ซึ่งเป็นการทดลองที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในระบบควอนตัมแบบโฟโตนิกจนถึงตอนนี้

งานวิจัยระบุว่าระบบสามารถจัดการและตรวจจับสถานะควอนตัมของโฟตอนได้สูงสุด 3,050 โฟตอน ในการทดลองเดียว ซึ่งถือเป็นการเพิ่มสเกลอย่างมากเมื่อเทียบกับระบบก่อนหน้า

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์นี้ นักวิจัยใช้

• แหล่งกำเนิด squeezed light ประสิทธิภาพสูง 1,024 ช่อง
• โปรเซสเซอร์โฟโตนิกแบบตั้งโปรแกรมได้ที่มี 8,176 โหมด

การออกแบบดังกล่าวช่วยให้ระบบสร้างและตรวจจับเหตุการณ์ควอนตัมจำนวนมาก พร้อมลดปัญหาการสูญเสียโฟตอนซึ่งเป็นอุปสรรคสำคัญของการทดลองควอนตัมด้วยแสง

แตกต่างจาก Jiuzhang 3.0 อย่างไร

ก่อนหน้านี้ทีมเดียวกันเคยเปิดตัว Jiuzhang 3.0 ในปี 2023 ซึ่งสามารถตรวจจับโฟตอนได้ 255 ตัว ในการทดลอง boson sampling

Jiuzhang 4.0 จึงมีการพัฒนาหลักหลายด้าน ได้แก่

• สเกลโฟตอนเพิ่มขึ้นมหาศาล: จาก 255 โฟตอนเป็น 3,050 โฟตอน
• ระบบที่ตั้งโปรแกรมได้: งานวิจัยระบุว่า Jiuzhang 4.0 เป็นโปรเซสเซอร์โฟโตนิกแบบ programmable
• สถาปัตยกรรมระบบที่ใหญ่ขึ้น: ใช้โครงสร้าง photonic processor แบบ hybrid spatial‑temporal encoding ที่รองรับโหมดจำนวนมาก

อย่างไรก็ตาม ข้อมูลที่มีอยู่ไม่ได้ให้รายละเอียดเชิงองค์ประกอบทั้งหมดของฮาร์ดแวร์เพื่อเปรียบเทียบแบบชิ้นต่อชิ้นระหว่างสองรุ่น

ความเร็วเทียบกับซูเปอร์คอมพิวเตอร์

รายงานข่าวระบุว่าการคำนวณ Gaussian boson sampling ด้วย Jiuzhang 4.0 มีความเร็วมากกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลกประมาณ 10^54 เท่า สำหรับงานประเภทเดียวกัน

ในบริบทของการวิจัยก่อนหน้า การทดลอง GBS บางประเภทที่ควอนตัมคอมพิวเตอร์ทำได้ในระดับ ไม่กี่นาที อาจต้องใช้เวลาจำลองด้วยอัลกอริทึมคลาสสิกนานถึง 600 ล้านปี หากใช้วิธีคำนวณแบบเดิม

จุดสำคัญคือการแข่งขันระหว่าง

• ฮาร์ดแวร์ควอนตัมที่พัฒนาเร็วขึ้น
• อัลกอริทึมคลาสสิกที่พยายามจำลองผลลัพธ์ควอนตัม

งานของ Jiuzhang 4.0 จึงเน้นการพิสูจน์ว่า ข้อได้เปรียบของควอนตัมยังคงอยู่ แม้มีสัญญาณรบกวนและการพัฒนาอัลกอริทึมคลาสสิกใหม่ ๆ

ทำไมความก้าวหน้านี้จึงสำคัญ

Gaussian boson sampling เป็นปัญหาที่เหมาะสำหรับการทดสอบขีดความสามารถของคอมพิวเตอร์ควอนตัม เพราะความซับซ้อนของมันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อจำนวนโฟตอนและโหมดเพิ่มขึ้น

ความสำเร็จของ Jiuzhang 4.0 มีความหมายในหลายมิติ

• แสดงให้เห็นว่าระบบควอนตัมแบบโฟโตนิกสามารถ ขยายสเกลได้มากขึ้น
• สนับสนุนหลักฐานของ quantum computational advantage ในการทดลองจริง
• แสดงความก้าวหน้าในด้าน ความเที่ยงตรงของระบบ (fidelity) และการออกแบบฮาร์ดแวร์

อย่างไรก็ตาม Jiuzhang 4.0 ยังไม่ใช่ควอนตัมคอมพิวเตอร์สากลแบบ fault‑tolerant ที่สามารถรันโปรแกรมทั่วไปได้ แต่เป็นการทดลองขั้นสูงที่แสดงศักยภาพของเทคโนโลยีควอนตัมในงานเฉพาะทาง

พูดง่าย ๆ คือ มันเป็นก้าวสำคัญของ ควอนตัมคอมพิวเตอร์แบบใช้แสง ที่ช่วยยืนยันว่าระบบควอนตัมสามารถทำบางงานได้ยากเกินกว่าที่คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมจะจำลองได้ในทางปฏิบัติ.