105 кюбита и нов рекорд: Китай променя правилата на квантовите изчисления

Изследователи от Китайския университет за наука и технологии (USTC) обявиха създаването на Zuchongzhi-3 – прототип на свръхпроводников квантов компютър, който има 105 кюбита и 182 връзки. Това устройство демонстрира значителен напредък в областта на квантовото вземане на проби от случайни вериги, като значително надхвърля изчислителната мощ на сегашните класически суперкомпютри. Изследването е публикувано във водещото научно списание Physical Review Letters.

Zuchongzhi-3 извършва изчисления 10¹⁵ пъти по-бързо от най-мощния наличен в момента суперкомпютър и 6 порядъка по-бързо от последните резултати на Google.

Този пробив в областта на квантовите изчисления е продължение на развитието на технологията след успеха на предишната версия на процесора – Zuchongzhi-2. Работата на китайските учени е определена като важен етап към практическото използване на квантовите системи.

Квантовото превъзходство е способността на квантовия компютър да решава задачи, които са недостъпни за класическите машини. През 2019 гoдина Google заяви, че е постигнала този етап със своя 53-кубитов процесор Sycamore, който се справи със задача, за чието изпълнение на един суперкомпютър са необходими около 10 000 години само за 200 секунди. През 2023 година обаче китайски изследователи демонстрираха алгоритъм, който изпълни същата задача за 14 секунди на масив от 1400 графични процесора NVIDIA A100, а по-късно, на по-мощни системи това време беше намалено до 1,6 секунди. Това оспори първенството на Google в областта на квантовите изчисления.

През 2020 година USTC представи фотонния квантов процесор Jiuzhang, който беше първият, потвърдил квантовото превъзходство в експериментални условия. През 2021 година университетът постигна същия резултат в свръхпроводникови системи с процесора Zuchongzhi-2, а през 2023 година разработката на Jiuzhang-3 демонстрира квантово превъзходство, превъзхождайки класическите суперкомпютри с 10¹⁶ пъти.

През есента на миналата година Google представи 67-кубитовия процесор Sycamore, който показа превъзходство над класическите системи с 9 порядъка. Китайските изследователи сега обаче отидоха по-далеч, като разработиха Zuchongzhi-3 със 105 кюбита.

Устройството демонстрира време на кохерентност от 72 µs, точност на единичните кюбити от 99,90%, точност на два кюбита от 99,62% и точност на четене от 99,13%. Дългото време на кохерентност позволява по-сложни изчисления, което е от решаващо значение за квантовите алгоритми.

За да тестват възможностите на системата, учените са взели проби от случайни квантови схеми с 83 кюбита и 32 слоя. В резултат на това Zuchongzhi-3 беше 10¹⁵ пъти по-бърз от най-мощния класически суперкомпютър и шест порядъка по-бърз от най-новия квантов процесор на Google. По този начин този прототип се превърна в най-мощната квантова система върху свръхпроводникова платформа до момента.

Разработчиците работят активно върху подобряване на надеждността на изчисленията, включително върху внедряването на квантова корекция на грешки с помощта на кодова повърхност. Това ще подобри мащабируемостта и надеждността на квантовите изчисления.

Работата на китайските изследователи получи широко признание. Един от рецензентите на Physical Review Letters отбелязва, че Zuchongzhi-3 демонстрира „ново ниво на производителност“ и е „значително подобрение“ в сравнение с версията с 66 кюбита. В проекта участват учени от USTC, както и от изследователски институти в Шанхай, Хенан, Пекин и Дзинан, което подчертава високото ниво на национално сътрудничество в областта на квантовите технологии.