Часть нового китайского прототипа фотонного квантового компьютера «Цзючжан 4.0». Фото: Синьхуа

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, 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.

Квантовый физик Пан Цзяньвэй возглавляет команду Китайского университета науки и технологий, стоящую за «Цзючжан 4.0», новейшим фотонным квантовым компьютером страны. Фото: Soho

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 «Эль Капитан» (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 детектировать до 3050 фотонов и манипулировать ими — 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.

Представленная в декабре 2020 года оригинальная машина «Цзючжан» стала первой в мире фотонной системой, продемонстрировавшей квантовое вычислительное преимущество. Фото: Китайский университет науки и технологий

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, 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.

Сверхпроводящие квантовые компьютеры, как правило, имеют большие размеры и требуют сверхнизких температур для работы, что делает их обслуживание дорогостоящим. Фото: SpinQ

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 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.