Китай создал самый быстрый квантовый компьютер

Математическая задача, на решение которой самому мощному суперкомпьютеру в мире потребовалось бы время, превышающее возраст Вселенной, решается новым китайским квантовым прототипом «Цзючжан 4.0» быстрее, чем человек успевает моргнуть. Результаты этой работы, опубликованные в среду в журнале Nature, знаменуют собой новый рекорд в области квантового превосходства и подтверждают лидирующие позиции Китая в данной сфере.

В отличие от обычных компьютеров, оперирующих битами в состояниях 0 или 1, квантовые машины используют кубиты, способные находиться в обоих состояниях одновременно. Эта суперпозиция позволяет им исследовать бесчисленное множество вычислительных путей параллельно, обеспечивая экспоненциальный прирост скорости для таких задач, как решение определенных математических проблем или моделирование квантовых систем.

Серия «Цзючжан» относится к фотонному направлению квантовых вычислений, где данные кодируются в частицах света. Ключевым фактором производительности является точность манипуляции и контроля над этими фотонами. Однако постоянным препятствием оставалась потеря фотонов: по мере усложнения оптических сетей фотоны «теряются» в лабиринте, вызывая ошибки, снижающие вычислительную мощность.

Инновации для преодоления потерь

Для решения этой проблемы команда из Научно-технического университета Китая создала высокоэффективный источник света на основе оптического параметрического осциллятора и интерферометр с пространственно-временным гибридным кодированием. Эти новшества закладывают основу для отказоустойчивого фотонного квантового процессора. Исследователи интегрировали 1024 высокоэффективных сжатых оптических поля в схему с 8176 модами, достигнув эффективности источника в 92 процента и общей эффективности системы в 51 процент — что является значительным прогрессом в низкопотерьной фотонной квантовой обработке информации.

Архитектура с пространственно-временным гибридным кодированием позволяет фотонам взаимодействовать как во времени, так и в пространстве, повышая связность сети при сохранении компактных физических размеров устройства. Благодаря этим усовершенствованиям команда смогла манипулировать и детектировать до 3050 фотонов — огромный скачок по сравнению с 255 фотонами, достигнутыми на «Цзючжан 3.0» в 2023 году.

Скорость и масштаб

Эксперименты показали, что «Цзючжан 4.0» генерирует свой самый сложный образец данных всего за 25 микросекунд. Для сравнения, El Capitan — самый мощный суперкомпьютер в мире, созданный Соединенными Штатами, — для вычисления того же результата потребовал бы более 10 в 42-й степени лет.

Китай впервые достиг квантового вычислительного превосходства в 2020 году с оригинальным прототипом «Цзючжан», который использовал 76 фотонов и сделал страну второй в мире, достигшей этого рубежа, и первой, сделавшей это на оптической системе.

Квантовые технологии выделены в 15-м пятилетнем плане Китая (2026–2030 гг.) как перспективная отрасль и стратегический рубеж, требующий постоянного укрепления. План призывает к развитию фундаментальных теорий и базовых технологий при одновременном ускорении промышленного применения, с установленными целями по созданию отказоустойчивых универсальных квантовых компьютеров и масштабируемых специализированных квантовых машин.