Квантовый компьютер, созданный в Научно-техническом университете Шанхая, успешно решил задачу, требующая от самого производительного традиционного суперкомпьютера 2,5 миллиарда лет вычислений.
Достижение, когда квантовый компьютер превосходит классические системы в решении задач, требующих значительно больше времени на полупроводниковых устройствах, называется «квантовым превосходством». Китайские ученые не первыми добились этого, однако их подход существенно отличается от схемы, разработанной предыдущим лидером — компанией Google. Физики из Научно-технического университета Китая представили результаты своего эксперимента опубликовали в журнале Science Американська асоціація сприяння розвитку науки ( AAAS).
Китайские специалисты разработали квантовый компьютер, в котором для представления единиц информации используются одиночные фотоны, а основой является оптическая схема. Это позволяет избежать необходимости в сложном охлаждающем оборудовании, поскольку оптическая система способна функционировать при комнатной температуре. Однако, для работы такой системы требуется предельная точность настройки всех компонентов, а архитектура не универсальна и проектируется для решения конкретных задач. Также стоит отметить, что скорость создания кубитов в фотонной схеме ниже, чем у других квантовых компьютеров, например, использующих сверхпроводниковые цепочки Google, например).
В ходе эксперимента квантовый компьютер применялся для решения задачи бозонного семплирования. Для этого использовались 50 состояний фотонов, определяемых поляризацией и пространственным положением, а также 100 детекторов одиночных фотонов и 100-модовый интерферометр. С целью проверки случайности распределения были проведены вычисления на китайском суперкомпьютере Sunway TaihuLight. Разумеется, выполнялись не полноценные расчеты, а оценочные: экспериментаторам было предоставлено около 2,5 миллиарда лет. Примечательно, что на аренду вычислительного времени мэйнфрейма для проверки данных было затрачено 400 тысяч долларов.
Необходимо подчеркнуть, что квантовые компьютеры находятся на начальной стадии развития, и до практического применения для решения сложных задач им еще предстоит пройти значительный путь. Как предыдущее сообщение, так и недавнее достижение китайских специалистов — это лишь демонстрация потенциала. Для достижения результатов используются алгоритмы, которые специально выбираются из числа задач, недоступных для классических суперкомпьютеров.
По поводу «превосходства» детища Google — вычислителя Sycamore — на нашем сайте уже выходил скептичный обзор. Напомним лишь, что квантовый компьютер решил тестовую задачу за 200 секунд, а, по подсчетам авторов того же эксперимента, мэйнфрейм Summit бился бы над ней 100 тысяч лет. После таких громких заявлений построившая этот суперкомпьютер компания IBM проверила расчеты. Оказалось, в реальных условиях с использованием всех возможностей машины это произошло бы несколько быстрее — за 2,5 дня. Медленнее, но для «превосходства» все равно недостаточно.
Несмотря на это, полученные результаты имеют значение для развития квантовых компьютеров. С момента теоретического обоснования этих вычислительных систем прошло менее пятидесяти лет. Первые алгоритмы для квантовых вычислений были разработаны лишь в 1990-х годах, а возможность одновременного удержания небольшого числа кубитов в стабильном состоянии для проведения вычислений стала реальностью лишь в конце 2000-х. По оценкам специалистов, для создания практически применимого квантового компьютера требуется система, состоящая как минимум из тысячи кубитов, которая также должна включать средства для исправления ошибок, возникающих в процессе работы.
Если проводить аналогию между квантовыми вычислениями и традиционными полупроводниковыми компьютерами, то квантовые пока не достигли уровня даже разностной машины Бэббиджа. Многие современные исследователи ставят под сомнение возможность создания подобных вычислительных устройств на практике. Главная причина скептицизма заключается в колоссальной сложности поддержания кубитов в стабильном состоянии. Также требуется разработка действенных методов исправления ошибок, которые могут оказаться более сложными, чем сам квантовый компьютер.