Китай створив фотонний квантовий комп'ютер, який суперкомп'ютерам не наздогнати навіть за час життя Всесвіту

Китайські вчені створили нову версію фотонного квантового комп'ютера «Цзючжан» (Jiuzhang), вперше представленого шість років тому. Це вже четверта реалізація системи, з потужністю, що зросла вдесятеро. У 2020 році «Цзючжан 1.0» натякав на досягнення квантової переваги в синтетичних бенчмарках. Нова система виконує синтетичні розрахунки за частки секунди, тоді як суперкомп'ютерам не вистачить часу життя Всесвіту, щоб це повторити.

Джерело зображення: Xinhua

Платформу «Цзючжан 4.0», як і всі попередні, розробила група вчених з Китайського науково-технічного університету (University of Science and Technology of China). Згідно з публікацією в журналі Nature та препринтом на arXiv, система реалізує задачу Гауссової бозонної вибірки (Gaussian Boson Sampling, GBS), яка вважається однією з найскладніших для класичних суперкомп'ютерів. На відміну від універсальних квантових комп'ютерів, «Цзючжан 4.0» є спеціалізованим фотонним процесором, оптимізованим під строго визначений клас обчислювальних задач. Дослідники стверджують, що пристрій виконує розрахунки на порядки швидше за будь-які сучасні класичні обчислювальні системи, включаючи найпотужніший американський суперкомп'ютер El Capitan.

Технічно «Цзючжан 4.0» використовує 1024 високоефективних стиснених квантових станів світла, розподілених у гібридній просторово-часовій архітектурі, що формує 8176 оптичних мод. Це радикальне розширення в порівнянні з попередніми версіями: «Цзючжан 3.0» оперував 255 фотонами, тоді як нова система здатна маніпулювати квантовими станами до 3050 фотонів. Основу установки складають нелінійні оптичні елементи, програмована інтерференційна схема та надчутлива система детектування одиничних фотонів. Час генерації одного результату становить всього 25,6 мкс, що дозволяє отримувати статистично значущі вибірки практично миттєво. Масштабування стало можливим завдяки зниженню оптичних втрат і покращеній синхронізації часових каналів, що довгий час було головним обмеженням фотонних платформ.

Автори роботи заявляють, що для класичної симуляції аналогічного обчислення з використанням найкращого відомого методу на основі тензорних матриць навіть найпотужнішому суперкомп'ютеру знадобилося б більше 10⁴² років — цього часу вистачило б на трильйони трильйонів життів Всесвіту. Саме ця оцінка лежить в основі гучних заяв про досягнення нового рівня квантової переваги. Проте компанія Google першою виступила з такими заявами, а китайські вчені лише слідують її шляхом.

Джерело зображення: Soho

Але не будемо суворо судити квантові системи за роботу лише в бенчмарках. За останні роки навіть задачі Гауссової бозонної вибірки знайшли практичне застосування — це моделювання молекулярних взаємодій, включаючи згортання білків і синтез РНК, теорія графів, а також розпізнавання образів і машинне навчання. До речі, саме згадувана вище система «Цзючжан 3.0» у 2023 році продемонструвала здатність неймовірно швидко перевершувати класичні суперкомп'ютери в задачах розпізнавання образів на прикладі рукописних текстів. Тому китайським вченим є чим пишатися — їхня система може працювати не лише з бенчмарками, практичне застосування їй також готове знайтися в найближчий час.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки