105 Cubit и New Record: Китай меняет правила квантовых расчетов

Исследователи из Китайского университета науки и техники (USTC) объявил о создании Zuchongzhi-3-прототипа сверхпроводникового квантового компьютера, который имеет 105 кубиков и 182 соединения. Это устройство демонстрирует значительный прогресс в области квантовых образцов случайных схем, значительно превышая вычислительную мощность текущих классических суперкомпьютеров. Исследование было опубликовано в ведущих писем о физическом обзоре научного журнала.

Zuchongzhi-3 выполняет расчеты в 10 раз быстрее, чем самый мощный суперкомпьютер, доступный в настоящее время, и на 6 заказов быстрее, чем последние результаты Google.

Этот прорыв в области квантовых расчетов является продолжением разработки технологий после успеха предыдущей версии процессора-Zuchongzhi-2. Работа китайских ученых определяется как важная стадия для практического использования квантовых систем.

Квантовое превосходство — это способность квантового компьютера решать задачи, которые недоступны для классических машин. В 2019 году Google заявила, что достигла этой стадии со своим процессором 53-капо-сикамор, который выполнил задачу, которая занимает около 10 000 лет всего за 200 секунд. Однако в 2023 году китайские исследователи продемонстрировали алгоритм, который выполнил ту же задачу в течение 14 секунд массива 1400 GPU NVIDIA A100, а затем более мощные системы были уменьшены до 1,6 секунды. Это бросило вызов чемпионату Google в квантовых расчетах.

В 2020 году USTC представил процессор Photon Quantum Jiuzhang, который был первым, кто подтвердил квантовое превосходство в экспериментальных условиях. В 2021 году университет достиг того же результата в чрезмерно проводящих системах с процессором Zuchongzhi-2, а в 2023 году развитие Jiuzhang-3 продемонстрировало квантовое превосходство, превысив классические суперкомпьютеры с 10 раз.

Прошлой осенью Google представила процессор Sycamore 67-кова, который показал превосходство в классических системах 9 заказа. Тем не менее, китайские исследователи теперь пошли дальше, разрабатывая Zuchongzhi-3 с 105 кубами.

Устройство демонстрирует время когерентности 72 мкс, точность отдельных кубиков 99,90%, точность двух кубиков 99,62%и точность чтения 99,13%. Долгое время когерентности допускает более сложные расчеты, что имеет решающее значение для квантовых алгоритмов.

Чтобы проверить возможности системы, ученые взяли образцы случайных квантовых схем с 83 кубами и 32 слоями. В результате Zuchongzhi-3 был в 10 раз быстрее, чем самый мощный классический суперкомпьютер, и шесть заказов быстрее, чем последний квантовый процессор Google. Таким образом, этот прототип до сих пор стал самой мощной квантовой системой на платформе суперпроводов.

Разработчики активно работают над повышением надежности расчетов, включая введение квантовой коррекции ошибок с помощью поверхности кода. Это улучшит масштаб и надежность квантовых расчетов.

Работа китайских исследователей была широко признана. Один из рецензентов Physical Review Letters отмечает, что Zuchongzhi-3 демонстрирует «новый уровень производительности» и является «значительным улучшением» по сравнению с 66 кубической версией. Проект включает в себя ученых USTC, а также из исследовательских институтов в Шанхае, Хэнане, Пекине и Джинане, что подчеркивает высокий уровень национального сотрудничества в квантовых технологиях.