Открыл ли китайский компьютер «Цзючжан 4.0» эру квантового превосходства?

По словам разработчиков, новый прототип программируемого фотонного квантового компьютера выполнил сложные вычисления за микросекунды

Китай представил свой новейший фотонный квантовый компьютер «Цзючжан 4.0». По словам исследователей, он значительно превосходит по производительности самый быстрый в мире классический суперкомпьютер, что ещё больше укрепляет позиции Пекина в гонке за квантовое превосходство.

Результаты ^[1], опубликованные 13 мая в рецензируемом журнале Nature, знаменуют собой новую веху в стремительно развивающейся квантовой программе Китая, возглавляемой командой учёных из Китайского университета науки и технологий под руководством китайского квантового физика Пана Цзяньвэя.

По данным университета в восточном городе Хэфэй, «Цзючжан 4.0» выполнил задачу гауссовой бозонной выборки всего за 25 микросекунд — вычисление, на которое, по их оценкам, у самого мощного в мире суперкомпьютера «El Capitan» (США) ушло бы более 10⁴² лет.

Задача гауссовой бозонной выборки относится к классу квантовых вычислений, которые классические компьютеры принципиально не могут эффективно выполнить.

«Насколько нам известно, никакие реалистичные классические вычислительные ресурсы не могут позволить алгоритму матричного произведения состояний (MPS) хотя бы приблизиться к точности, достигнутой в нашем эксперименте», — заявила команда в своём сообщении.

«Цзючжан 4.0» работает с 1024 входами в сжатом состоянии через интерферометрическую сеть с 8176 модами и может манипулировать и детектировать до 3050 фотонов — это более чем в 10 раз превышает масштаб, достигнутый в предыдущих экспериментах.

Команда заявила, что их установка позволяет исследовать астрономически большое количество квантовых состояний в диапазоне, настолько сложном, что даже самые мощные современные суперкомпьютеры не смогут его реалистично смоделировать.

Согласно статье, система достигла 92% эффективности источника и 51% общей эффективности системы, преодолев одно из самых больших препятствий в области фотонных квантовых вычислений — потерю фотонов в крупномасштабных оптических схемах.

«Помимо фундаментального интереса ^[2], эта архитектура также позволяет сразу же применять её в эпоху [шумных квантовых систем среднего масштаба], например, для распознавания изображений и криптографических односторонних функций», — написала команда.

Этот прорыв стал очередным скачком в развитии китайской серии «Цзючжан». Модель «Цзючжан 3.0», выпущенная в октябре 2023 года, продемонстрировала фактор квантового превосходства, равный 10¹⁶, в то время как первая машина серии «Цзючжан», представленная в декабре 2020 года, стала первой в мире фотонной системой, подтвердившей квантовое вычислительное превосходство.

Это объявление вновь разожгло дискуссию о том, достигнуто ли истинное «квантовое превосходство» (quantum supremacy). Этот спорный термин относится к моменту, когда квантовая машина может решать задачи, которые для классических компьютеров практически неразрешимы.

В отличие от сверхпроводящих квантовых компьютеров, над которыми работают такие американские технологические компании, как Google, IBM и Microsoft, серия «Цзючжан» использует фотонный подход, применяя частицы света вместо сверхпроводящих кубитов.

Быстрый прогресс Китая усилил конкуренцию с США, где компании вкладывают значительные средства в отказоустойчивые программируемые квантовые системы, предназначенные для будущих коммерческих применений.

Американские компании в основном сосредоточились на сверхпроводящих архитектурах, направленных на создание универсальных квантовых компьютеров, способных решать широкий спектр задач. Китай, напротив, сосредоточился на достижении экстремальной производительности в специализированных задачах, таких как гауссова бозонная выборка.

Это различие имеет важное значение, поскольку «Цзючжан 4.0» не является универсальным компьютером. Задача, которую он выполняет, носит узкоспециализированный характер и её нельзя напрямую сравнивать с коммерческими рабочими нагрузками, выполняемыми на классических суперкомпьютерах, таких как «Эль-Капитан» или «Фронтир».

Тем не менее, масштабы заявленного разрыва в производительности трудно игнорировать.

Квантовые технологии стали одной из наиболее стратегически важных областей в технологическом соперничестве между Китаем и США, с потенциальными применениями, варьирующимися от шифрования и искусственного интеллекта ^[3] до открытия лекарств, оборонных симуляций и вычислительной инфраструктуры следующего поколения.

«Цзючжан 4.0», возможно, ещё не поставил точку в гонке за универсальными квантовыми вычислениями, но последнее достижение Китая ещё больше укрепляет его позицию в качестве одной из ведущих мировых держав в области фотонных квантовых технологий.