Китайские ученые из двух исследовательских групп разработали инновационные квантовые компьютеры, способные решать задачи, неподвластные классическим вычислительным машинам.
Квантовым превосходством называют способность квантовых компьютеров быстро выполнять вычисления, на которые у классических устройств уйдут дни, годы или даже десятки лет. Хотя за последние несколько лет несколько подходов показали преимущество квантовых компьютеров над классическими для некоторых задач, не было понятно, оптимальны ли предложенные алгоритмы. Однако авторы новых исследований заявляют, что им удалось достигнуть несомненного квантового превосходства, то есть решить задачу, которая практически невыполнима на классических компьютерах.
Обе команды находились под руководством академика, «отца кванта» Цзянь-Вэй Паня ( Jian-Wei Pan) в Хэфэйской национальной лаборатории физических наук при Научно-техническом университете Китая. Обе группы ученых использовали созданные ими квантовые компьютеры для предсказания распределения вероятностей различных выходных значений квантовой схемы. Классический компьютер способен решить эту задачу для небольших систем, однако с ростом числа элементов решение становится невозможным.
Одна из команд применила фотонное устройство Juizhang 2.0 — это обновленная версия квантового компьютера, который уже существовал в 2020 году достиг квантового превосходства. Ему предстояло оценить выходные вероятности для задачи бозонного сэмплинга — процесса, характеризующегося прохождением фотонов по сложным оптическим траекториям и формированием распределения вероятностей. Получение таких распределений представляет значительную сложность при использовании классических компьютеров.
В Juizhang для проведения исследований применялся 114-модовый интерферометр, обеспечивающий приблизительно 10 различных результатов 43. Исследователи продемонстрировали, что их квантовый компьютер успешно выполнил бозонный сэмплинг, превзойдя существующие возможности в 10 24 раз быстрее, чем суперкомпьютер, использующий метод полного перебора для подобной задачи.
В то же время, вторая группа разработала квантовый процессор на основе сверхпроводников Zuchongzhi, устройство включало 66 кубитов, из которых 56 использовались для проведения расчетов. Такой мощности оказалось достаточно для выполнения вычислений в тысячу раз быстрее, чем у передовых суперкомпьютеров, что подтверждает достижение квантового превосходства.
Обе статьи с результатами исследований опубликованы в одном номере журнала Physical Review Letters.