Китай създаде фотонен квантов компютър, който суперкомпютрите не биха могли да надминат дори за цялото съществуване на Вселената

Китайски учени създадоха нова версия на фотонния квантов компютър „Jiuzhang“, представен за първи път преди шест години. Това е четвъртата версия на системата, с мощност, увеличена с един порядък. През 2020 година „Jiuzhang 1.0“ даде знак за постигане на квантово превъзходство в синтетични бенчмаркове.

Новата система извършва синтетични изчисления за части от секундата, докато на суперкомпютрите няма да им стигне времето на съществуване на Вселената, за да повторят това.

Платформата „Jiuzhang 4.0“, както и всички предишни е разработена от група учени от Китайския университет за наука и технологии. Според публикация в списанието Nature и препринт в arXiv, системата реализира задачата за гаусово бозонно изваждане (Gaussian Boson Sampling, GBS), която се счита за една от най-сложните за класическите суперкомпютри. За разлика от универсалните квантови компютри, „Jiuzhang 4.0“ представлява специализиран фотонен процесор, оптимизиран за строго определен клас изчислителни задачи. Изследователите твърдят, че устройството извършва изчисления с порядъци по-бързо от всякакви съвременни класически изчислителни системи, включително най-мощния американски суперкомпютър El Capitan.

От техническа гледна точка „Jiuzhang 4.0“ използва 1024 високоефективни сгъстени квантови състояния на светлината, разпределени в хибридна пространствено-времева архитектура, която образува 8176 оптични мода. Това представлява радикално разширение в сравнение с предишните версии: „Jiuzhang 3.0“ работеше с 255 фотона, докато новата система е способна да манипулира квантови състояния до 3050 фотона. Основата на инсталацията се състои от нелинейни оптични елементи, програмируема интерференционна схема и свръхчувствителна система за детекция на единични фотони. Времето за генериране на един резултат е само 25,6 мкс, което позволява получаването на статистически значими извадки практически мигновено. Мащабирането стана възможно благодарение на намаляването на оптичните загуби и подобрената синхронизация на времевите канали, което дълго време беше основното ограничение на фотонните платформи.

Авторите на работата заявяват, че за класическа симулация на подобно изчисление с използване на най-добрия известен метод на базата на тензорни матрици дори на най-мощния суперкомпютър биха били необходими повече от 1042 години – това време би стигнало за трилиони трилиони животи на Вселената. Именно тази оценка лежи в основата на гръмките заявления за достигане на ново ниво на квантово превъзходство. Впрочем, компанията Google първа излезе с такива заявления, а китайските учени просто следват нейния път.

Но нека не съдим строго квантовите системи за това, че работят само в бенчмаркове. През последните години дори задачата за GBS намери практическо приложение – става дума за моделирането на молекулни взаимодействия, включително сгъстяването на протеини и синтеза на РНК, теорията на графите, както и разпознаването на образи и машинно обучение. Между другото, именно споменатата по-горе система „Jiuzhang 3.0“ през 2023 година показа способност да изпреварва с невъобразима бързина класическите суперкомпютри в задачи за разпознаване на образи на примера с ръчно написани текстове. Затова китайските учени имат с какво да се гордеят — тяхната система може да работи не само с бенчмаркове, но и да намери практическо приложение в най-близко бъдеще.