Квантовый фотонный компьютер из Китая: суперкомпьютеры не смогут его догнать даже за миллиарды лет

Платформу «Цзючжан 4.0», как и все предыдущие версии, 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 решает задачу Гауссовой бозонной выборки (Gaussian Boson Sampling, GBS), которая считается одной из самых 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, которая образует 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 вплоть до 3050 фотонов. Основу установки составляют нелинейные оптические элементы, программируемая интерференционная схема и сверхчувствительная система детектирования одиночных фотонов. Время генерации одного результата - всего 25,6 микросекунды, что позволяет получать статистически значимые выборки практически мгновенно. Масштабирование стало возможным благодаря снижению оптических потерь и улучшенной синхронизации временных каналов - эти факторы долгое время оставались главным ограничением для 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, и китайские учёные лишь следуют по её пути.

Но не будем строго судить квантовые системы только за работу с бенчмарками. За последние годы даже задача Гауссовой бозонной выборки обрела практическое применение: моделирование молекулярных взаимодействий (включая сворачивание белков и синтез РНК), теория графов, а также распознавание образов и машинное обучение. Кстати, именно «Цзючжан 3.0» в 2023 году показал способность невообразимо быстро опережать классические суперкомпьютеры в задачах распознавания образов на примере рукописных текстов. Так что китайским учёным есть чем гордиться: их система может работать не только с бенчмарками, но и с практическими приложениями - и это лишь вопрос самого ближайшего времени.