Китай создал фотонный квантовый компьютер, который суперкомпьютерам не догнать даже за время жизни Вселенной

Китайские учёные создали новую версию фотонного квантового компьютера «Цзючжан» (Jiuzhang), впервые представленного шесть лет назад. Это уже четвёртая реализация системы, с возросшей на порядок мощностью. В 2020 году «Цзючжан 1.0» намекал на достижение квантового превосходства в синтетических бенчмарках. Новая система за доли секунды выполняет синтетические расчёты, тогда как суперкомпьютерам не хватит времени жизни Вселенной, чтобы это повторить.

Платформу «Цзючжан 4.0» как и все предыдущие разработала группа учёных из Китайского научно-технического университета (University of Science and Technology of China). Согласно публикации в журнале Nature и препринту на arXiv, система реализует задачу Гауссовой бозонной выборки (Gaussian Boson Sampling, GBS), которая считается одной из наиболее сложных для классических суперкомпьютеров. В отличие от универсальных квантовых компьютеров, «Цзючжан 4.0» представляет собой специализированный фотонный процессор, оптимизированный под строго определённый класс вычислительных задач. Исследователи утверждают, что устройство выполняет расчёты на порядки быстрее любых современных классических вычислительных систем, включая самый мощный американский суперкомпьютер El Capitan.

Технически «Цзючжан 4.0» использует 1024 высокоэффективных сжатых квантовых состояния света, распределённых в гибридной пространственно-временной архитектуре, образующей 8176 оптических мод. Это радикальное расширение по сравнению с предыдущими версиями: «Цзючжан 3.0» оперировал 255 фотонами, тогда как новая система способна манипулировать квантовыми состояниями до 3050 фотонов. Основу установки составляют нелинейные оптические элементы, программируемая интерференционная схема и сверхчувствительная система детектирования одиночных фотонов. Время генерации одного результата составляет всего 25,6 мкс, что позволяет получать статистически значимые выборки практически мгновенно. Масштабирование стало возможным благодаря снижению оптических потерь и улучшенной синхронизации временных каналов, что долгое время было главным ограничением фотонных платформ.

Авторы работы заявляют, что для классической симуляции аналогичного вычисления с использованием лучшего известного метода на основе тензорных матриц даже самому мощному суперкомпьютеру потребовалось бы более 10⁴² лет — этого времени хватило бы на триллионы триллионов жизней Вселенной. Именно эта оценка лежит в основе громких заявлений о достижении нового уровня квантового превосходства. Впрочем, компания Google первой выступила с такими заявлениями, а китайские учёные лишь следуют по её пути.

Но не будем строго судить квантовые системы за работу только в бенчмарках. За последние годы даже задаче Гауссовой бозонной выборки нашли практическое применение — это моделирование молекулярных взаимодействий, включая сворачивание белков и синтез РНК, теория графов, а также распознавание образов и машинное обучение. Кстати, именно упоминавшаяся выше система «Цзючжан 3.0» в 2023 году показала способность невообразимо быстро опережать классические суперкомпьютеры в задачах распознавания образов на примере рукописных текстов. Поэтому китайским учёным есть чем гордиться — их система может работать не только с бенчмарками, практическое применение ей также готово найтись в самое ближайшее время.