Китайские ученые заявили о квантовом превосходстве. Это уже второй случай в истории

Что такое квантовое превосходство?

Квантовое превосходство — это способность решить задачу, которая находится за пределами возможностей самых современных суперкомпьютеров. Всего в мире исследования происходят на четырех платформах: для этого используют помимо фотонов сверхпроводниковые цепочки, атомы и ионы. При этом нельзя сказать, какое направление сегодня перспективнее: у каждой платформы есть свои преимущества и недостатки. Ученые рассчитывают, что квантовые компьютеры могут помочь человечеству в решении разных проблем. Вычислители могут искать новые лекарства или предсказывать состав материалов с необычными свойствами — для этого исследователи используют технологии машинного обучения.

А кто был первым?

Ранее в октябре 2019 года о квантовом превосходстве заявила группа Джона Мартиниса из исследовательского подразделения Google. При этом технологии и способы вычисления у этих квантовых компьютеров отличаются: если китайские физики использовали фотоны, то американские исследователи работали со сверхпроводниковыми цепочками. Для того, чтобы продемонстрировать возможности вычислителя, американцы поставили задачу смоделировать случайные квантовые цепочки. Сделать это на суперкомпьютере практически невозможно из-за огромного числа возможных вариантов.

Что сделали китайцы?

Китайские ученые назвали свой вычислитель Цзючжань (Jiuzhang). Как и их американские коллеги, физики из Шанхая сформулировали компьютеру сложную задачу: фотоны проходили по оптическим путям, которые соответствовали случайному преобразованию их состояний, и компьютеру требовалось получить определенное распределение. Такая задача называется бозонным сэмплингом. Из-за того, что платформой физики выбрали фотоны, то распределение происходило в результате самого эксперимента. По данным статьи, им удалось провести за несколько минут провести операцию, которая обычным путем решалась бы около двух миллиардов лет. В 2019 году исследователи подсчитали объем информации за 200 секунд — вместо 10 тысяч лет. Таким образом, заявили китайские ученые, их новая разработка в миллиарды раз превосходит детище Google.

А как это выглядело?

Излучение лазера расщепляется на 25 лучей и поражает 25 кристаллов титанилфосфата калия. После попадания в каждый кристалл из него в противоположных направлениях вылетает два фотона. Фотоны попадают в 100 входов, каждый из которых ведет по маршруту из 300 призм и 75 зеркал. Выходов у системы тоже 100 с датчиками на конце, которые и регистрируют дошедшие до финиша частицы. В среднем за 200-секундные циклы ученые обнаружили около 43 фотонов за запуск. Но за один раз они наблюдали 76 фотонов — этот показатель и говорит о квантовом превосходстве. По словам ученых, эксперимент показал, что даже с ограниченным набором компонентов оптическая квантовая система способна превзойти классическую и поэтому перспективна для изучения.

Что будет дальше?

Чтобы результаты эксперимента были достоверными, его авторы применили 50 состояний света, 100 высокоэффективных детекторов одиночных фотонов и 100-модовый интерферометр. Из-за большого количества устройств и огромной технической сложности эксперимент получился дорогостоящим. Рецензент статьи Скотт Ааронсон — один из авторов подхода бозонного сэмплинга, также Ааронсон рецензировал и статью американских ученых в 2019 году. По его словам, ученые потратили более 400 тысяч долларов на вычислительное время для моделирования. Такие суммы были необходимы, чтобы подтвердить полученные результаты. Китай не жалеет средства на новые технологии: сейчас китайское правительство приступило к строительству Национальной лаборатории квантовой информации, которая оценивается в $10 миллиардов. Ученые рассчитывают, что следующий рекорд будет уже связан с практическим применением технологий и расчетами, связанными с конкретными проблемами, которые стоят перед человечеством.

Место солидарности беларусского ИТ-комьюнити

Далучайся!