Оба достижения являются важными шагами на пути к созданию полноценных крупных квантовых компьютеров, подчеркивающих нарастающую мировую гонку за квантовое превосходство. Возможные применения включают широкий спектр областей, начиная от искусственного интеллекта и заканчивая медициной и энергетикой.
Процессор Zuchongzhi 3.0 был представлен командой ученых под руководством физика Цзянь-Вэя Пана из Университета науки и технологий Китая. Он выделяет Китай как одного из ведущих игроков в этой гонке, ставя страну в один ряд с США в стремлении раскрыть весь потенциал квантовых вычислений.
Достижения в квантовом вычислительном преимуществе
Особенность Zuchongzhi 3.0 заключается в его способности достигнуть так называемого «квантового вычислительного преимущества» — ключевого этапа в развитии квантовой информатики. Этот термин описывает ситуацию, когда квантовый компьютер способен решать задачи, на выполнение которых традиционным суперкомпьютерам потребовались бы непомерно долгие сроки.
Основой успеха Zuchongzhi 3.0 является его высокая эффективность в решении сложных задач, известных как случайная выборка схем. Этот метод предполагает использование набора случайных квантовых вентилей для генерации квантовых состояний, после чего проводятся измерения для получения распределений вероятностей. Процессор Zuchongzhi 3.0 применил 83-кубитную случайную схему с 32 циклами, генерируя один миллион образцов всего за несколько сотен секунд.
Для сравнения, выполнение той же задачи на суперкомпьютере Frontier, одном из мощнейших на сегодняшний день, заняло бы порядка 6,4 миллиардов лет. Такой разрыв во временных затратах ярко иллюстрирует потенциал квантовых компьютеров для выполнения определённых видов вычислений гораздо быстрее классических аналогов.
Таким образом, Zuchongzhi 3.0 достигает уровня Google Willow, добиваясь значимого квантового вычислительного преимущества.
Zuchongzhi 3.0 и Willow: Сравнение двух лидеров в квантовых вычислениях
Презентация китайского процессора Zuchongzhi 3.0 последовала сразу за анонсом Google своего процессора Willow, что подчеркивает напряженную борьбу между этими двумя странами в области квантовых вычислений. Оба процессора содержат 105 кубитов, что является рекордным количеством для современных сверхпроводящих квантовых устройств. Это делает их самыми крупными сверхпроводящими квантовыми процессорами, наглядно демонстрирующими значительный прогресс в масштабировании квантового оборудования.
Однако, несмотря на общие черты, каждый из процессоров имеет свои уникальные особенности. Zuchongzhi 3.0 отличается высокой операционной точностью — ключевым параметром, определяющим точность квантовых операций. Это было достигнуто благодаря ряду оптимизаций, включающих точную настройку параметров схемы, улучшение распределения электрического поля, модернизацию конфигурации аттенюаторов и совершенствование производственного процесса.
Средняя ошибка Паули в Zuchongzhi 3.0 для однокубитных вентилей была снижена до 0,10%, а для iSwap-подобных вентилей — до 0,38%. Кроме того, китайский процессор улучшил показатели считывания, что крайне важно для точного определения состояний кубитов. Для этого использовались стратегии, такие как усиление связи между кубитами и резонаторами считывания, регулировка ширины линий считываемых резонаторов и оптимизация конструкции полосового фильтра для защиты кубита от эффекта Перселла.
В отличие от Zuchongzhi 3.0, где основной упор делается на точность и качество считывания, процессор Google Willow сделал акцент на квантовой коррекции ошибок — одной из главных проблем в данной области. Willow демонстрирует так называемое «ниже пороговое» исправление ошибок, при котором частота ошибок снижается по мере увеличения числа кубитов. Этот прорыв играет важную роль в создании более надежных и масштабируемых квантовых компьютеров.
Хотя команда разработчиков Zuchongzhi 3.0 пока не показала подобные уровни коррекции ошибок, они осознают важность этой задачи и планируют внедрение аналогичных технологий в свой процессор. Согласно их дорожной карте, они намерены достичь кода поверхности с расстоянием-7, что является значительным шагом вперед в исправлении ошибок, в ближайшие месяцы.
Классическое моделирование и оценка квантового преимущества
Для полного понимания достижений Zuchongzhi 3.0 и его сравнения с другими процессорами необходимо учитывать роль классического моделирования в оценке квантовых вычислительных преимуществ. В настоящее время наиболее эффективным классическим алгоритмом для моделирования случайных квантовых цепей, таких как те, что используются в экспериментах с Zuchongzhi 3.0, считается алгоритм тензорных сетей. Этот инструмент помогает исследователям оценивать вычислительные ресурсы и время, требуемые для воспроизведения квантового эксперимента на классическом компьютере.
В случае с Zuchongzhi 3.0 моделирование его 83-кубитного 32-тактного эксперимента с использованием алгоритма тензорной сети оценивается как требующее неприемлемо большого объема времени даже на самых мощных суперкомпьютерах.
Позиция Европы в квантовой гонке
Несмотря на финансирование программы Quantum Flagship Европейским Союзом в размере 1 млрд евро на протяжении десяти лет, Европа пока заметно уступает США и Китаю в плане инвестиций в квантовые вычисления. Более 5000 исследователей участвуют в проектах, связанных с квантовыми технологиями, в рамках этой инициативы в странах Европейского Союза и других ассоциированных государствах.
Согласно данным QURECA, на октябрь 2024 года Китай лидирует по объему вложений в квантовые исследования, вложив 15 миллиардов долларов из общего мирового финансирования в размере 42 миллиардов долларов. Соединенные Штаты занимают второе место с инвестициями в 4,98 миллиарда долларов через Национальную квантовую инициативу.
Крупные технологические компании, такие как IBM, Google (Alphabet), Amazon, Microsoft, Intel и D-Wave, также активно инвестируют миллионы долларов в разработку аппаратного и программного обеспечения для квантовых вычислений.
Квантовые вычисления: взгляд в будущее
Несмотря на то, что квантовые вычисления остаются пока на начальной стадии развития, их прогресс поражает воображение. Быстрое увеличение количества кубитов, повышение точности и развитие методов коррекции ошибок указывают на будущее, в котором квантовые компьютеры смогут совершить революции в таких областях, как фармацевтика, материаловедение, искусственный интеллект и другие.
Конкуренция за лидерство в квантовой сфере обостряется, и США и Китай продолжают увеличивать вложения в исследования и разработки. Это соревнование подстегивает инновации и ускоряет темпы прогресса в области квантовых вычислений, расширяя границы возможного.
Источник: https://www.eetimes.com/china-becomes-a-contender-in-quantum-computing/
