Новий фотонний комп’ютер продемонстрував квантову перевагу

Група дослідників, до складу якої увійшли вчені з різних китайських наукових установ і університетів, створили, провели запуск і тестування нового фотонного квантового комп’ютера. Під час одного з останніх запусків цей комп’ютер, який отримав назву Jiuzhang, успішно продемонстрував так зване «квантову перевагу». А завданням, на якій було продемонстровано це перевага, була задача гауссівського бозона вибірки (Gaussian boson sampling).

Тема квантових комп’ютерів і квантових обчислень є досить гарячою темою на сьогодні, оскільки вчені досі тільки намагаються визначити, чи можуть квантові комп’ютери виправдати покладені на них надії? Головною метою є досягнення згаданого вище «квантової переваги», демонстрації того, що квантовий комп’ютер може розв’язувати задачі певного роду набагато швидше і ефективніше, ніж традиційні комп’ютери.

До останнього моменту часу продемонструвати квантову перевагу вдалося тільки одній системі — квантового комп’ютера Sycamore компанії Google. Нагадаємо нашим читачам, що система Sycamore побудована на базі кубітів, виготовлених з надпровідних матеріалів, і вона є досить універсальною, тобто що дозволяє реалізувати обчислення завдань різного плану.

Квантовий комп’ютер Jiuzhang, побудований китайцями, є фотонним квантовим комп’ютером, що використовують в якості носіїв квантової інформації фотони світла. На жаль, універсальним цей комп’ютер назвати не вийде при всьому бажанні, адже він призначений для вирішення завдань тільки одного типу — бозона вибірки, подібно комп’ютерам компанії D-Wave, здатним виконувати тільки алгоритми так званого квантового відпалу.

Бозон вибірка в цьому випадку — це засіб обчислення результату роботи прямолінійною оптичної схеми, що має кілька входів і виходів. Завдання вибірки вирішується ще на етапі створення оптичної схеми квантового комп’ютера і на етапі його роботи шляхом паралельної подачі в його схему кількох променів лазерного світла, що несуть в собі квантову інформацію. Фотони цих променів проходять крізь оптичну схему, відбиваючись від дзеркал, розділяючись в спеціальних розщеплювачах променів і т.п. Результатом роботи всього цього є унікальний розподіл чисел, яке з’являється у вигляді оптичних сигналів на виходах схеми.

При невеликих кількостях входів і виходів з подібним завданням (емуляцією оптичної схеми) досить добре і швидко справляються і звичайні комп’ютери. Але в схему фотонного квантового комп’ютера Jiuzhang входить 300 розщеплювачів променів, 75 дзеркал, 100 оптичних входів і 100 входів. Для вирішення завдання гауссовский бозона вибірки такого рівня складності найпотужнішого з існуючих суперкомп’ютерів буде потрібно близько 2.5 мільярдів років безперервної роботи. Фотонному квантовому комп’ютеру Jiuzhang знадобилося на це всього 200 секунд часу, що є дуже яскравим і переконливим доказом квантової переваги.