Новый китайский фотонный квантовый компьютер продемонстрировал квантовое превосходство - «Наука и технологии»

Группа исследователей, в состав которой вошли ученые из различных китайских научных учреждений и университетов, создали, произвели запуск и тестирование нового фотонного квантового компьютера. Во время одного из последних запусков этот компьютер, получивший название Jiuzhang, успешно продемонстрировал так называемое "квантовое превосходство". А задачей, на которой было продемонстрировано это превосходство, являлась задача Гауссовской бозонной выборки (Gaussian boson sampling).

Тема квантовых компьютеров и квантовых вычислений является достаточно горячей темой на сегодняшний день, поскольку ученые до сих пор только пытаются определить, могут ли квантовые компьютеры оправдать возлагаемые на них надежды? Главной целью является достижение упомянутого выше "квантового превосходства", демонстрации того, что квантовый компьютер может решать задачи определенного рода гораздо быстрее и эффективней, чем традиционные компьютеры.

До последнего момента времени продемонстрировать квантовое превосходство удалось только одной системе - квантовому компьютеру Sycamore компании Google. Напомним нашим читателям, что система Sycamore построена на базе кубитов, изготовленных из сверхпроводящих материалов, и она является достаточно универсальной, т.е. позволяющей реализовать вычисления задач различного плана.

Квантовый компьютер Jiuzhang, построенный китайцами, является фотонным квантовым компьютером, использующим в качестве носителей квантовой информации фотоны света. К сожалению, универсальным этот компьютер назвать не получится при всем желании, ведь он предназначен для решения задач только одного типа - бозонной выборки, подобно компьютерам компании D-Wave, способным выполнять только алгоритмы так называемого квантового отжига.

Бозонная выборка в данном случае - это средство вычисления результата работы прямолинейной оптической схемы, имеющей несколько входов и выходов. Задача выборки решается еще на этапе создания оптической схемы квантового компьютера и на этапе его работы путем параллельной подачи в его схему нескольких лучей лазерного света, несущих в себе квантовую информацию. Фотоны этих лучей проходят сквозь оптическую схему, отражаясь от зеркал, разделяясь в специальных расщепителях лучей и т.п. Результатом работы всего этого является уникальное распределение чисел, которое появляется в виде оптических сигналов на выходах схемы.

При небольших количествах входов и выходов с подобной задачей (эмуляцией оптической схемы) достаточно хорошо и быстро справляются и обычные компьютеры. Но в схему фотонного квантового компьютера Jiuzhang входит 300 расщепителей лучей, 75 зеркал, 100 оптических входов и 100 входов. Для решения задачи Гауссовской бозонной выборки такого уровня сложности самому мощному из существующих суперкомпьютеров потребуется около 2.5 миллиардов лет непрерывной работы. Фотонному квантовому компьютеру Jiuzhang потребовалось на это всего 200 секунд времени, что является очень ярким и убедительным доказательством квантового превосходства.