Китайские ученые представили новый квантовый оптический вычислитель, побивший мировой рекорд скорости по количеству "обнаруженных фотонов".
Квантовый компьютер Jiuzhang 3.0, разработанный специалистами под руководством китайского физика Пань Цзяньвэя обнаружил 255 фотонов. Для сравнения, вычислитель Ziuzhang 2.0 зарегистрировал 113 фотонов, а первый вариант Jiazhang - 76 фотонов. Государственные средства массовой информации Китая сообщили, что квантовый"ПК" Jiuzhang 3.0 в миллион раз быстрее, своего собрата Jinzhang 2.0. Он споссобен решать задачи дискретизации бозонов Гаусса - математической модели, пригодной для квантовых вычислений.
реклама
По словам экспертов, Jiuzhang 3.0 позволяет производить вычисления сложнейших образцов выборки гауссовых бозонов (GBS) за одну микросекунду, в то время как самому быстрому в мире суперкомпьютеру "Frontier" для решения этой задачи потребуется более 20 миллиардов лет. Результаты эксперимента, проведенного командой Пана, были опубликованы в среду в американском научном журнале Physical Review Letters.
"Квантовые вычислители в принципе обладают потенциалом сверхбыстрых параллельных вычислений. Ожидается, что они смогут выполнять более серьезные вычислительные процессы по сравнению с традиционными компьютерами на основе специализированных алгоритмов в таких областях, как расшифровка кодов, оптимизации "больших данных", прогнозирование погоды, разработки новых материалов и анализа лекарственных препаратов"- отметил Пань Цзяньвэй.
Компания Xanadu из Торонто в июне прошлого года заявила, что ее квантовый вычислитель Borealis способен получить доступ к 219 фотонам и выполнить задачу GBS за 36 микросекунд. По словам компании, обычному компьютеру для решения той же задачи потребовалось бы не менее 9000 лет. По мнению некоторых экспертов в области технологий, при сравнении различных типов квантовых вычислителей следует быть осторожными, поскольку они построены с учетом разных принципов.
 | Россия отправила на околоземную орбиту истребитель МиГ-31БМ для перехвата боевых самолётов Североатлантического альянса |
Сегодня известно три основных типа квантовых вычислителей:
- На основе электронов (сверхпроводящие),
- на основе атомов (холодный атом или холодный ион в ловушке) и
- на основе фотонов / света.
По данным опроса, проведенного брюссельской консалтинговой компанией Arthur D Little, около 40 процентов технологических экспертов считают, что в ближайшее десятилетие наиболее перспективными станут "электронные" квантовые компьютеры, 35 процентов - атомарные, а 26 процентов - фотонные.
Такие крупные технологические гиганты, как Google и IBM, в целом сосредоточены на создании сверхпроводящих квантовых компьютеров, в то время как небольшие - более скромные - компании занимаются разработкой фотонных "ПК". В число ключевых разработчиков фотонных квантовых компьютеров - американская компания PsiQuantum, британские ORCA Computing, Nu Quantum и TundraSystems Global, канадская Xanadu и французская Quandela.
При разработке фотонных квантовых компьютеров Китай в первую очередь полагается на команду Пэна. Эксперты работают в Университете науки и технологий Китая (USTC) в Хэфэе. Существует две технологии создания фотонных квантовых компьютеров:
- на базе однофотонного детектора в том числе, PsiQuantum, Nu Quantum и Quandela и
- "сжатого" света ("сжатых" фотонов), такие как Xanadu и USTC.
Однофотонный вариант использует более дорогостоящие инструменты.
Выборка гауссовых бозонов
В декабре 2020 года команда Пэна запустила Jiuzhang 1.0 - первый в в мире- фотонный квантовый фотонный компьютер способный за 200 секунд обнаружить 76 фотонов из сотни возможных.
Тогда Китай заявил, что он стал вторым после США государством, достигшим "квантового превосходства". По словам китайских разработчиков, фотоный компьютер Jiuzhang 1.0 в 10 миллиардов раз быстрее 55-кубитного квантового вычислителя Sycamore корпорации Google, являющегося сверхпроводящим квантовым компьютером "общего назначения".
В действительности Jiuzhang был разработан исключительно для решения только одной единственной задачи - выборки гауссовых бозонов. "Выборку бозонов" можно представить в виде нескольких "шариков" (фотонов), находящихся в разных положениях (сжатых состояниях), которые бросают в пинбольный автомат с различными "отбойниками" ("делителями" и "фазовращателями") и загоняют в разные ловушки для регистрации. При каждом дополнительном обнаруженном фотоне скорость работы квантового компьютера увеличивается вдвое.
Скотт Ааронсон, профессор кафедры вычислительной техники Техасского университета в Остине и один из изобретателей бозонной выборки, в своем блоге сообщил, что он не уверен, что бозонная выборка сможет получить статус универсального квантового компьютера. По его словам, Jiuzhang был построен только для того, чтобы "продемонстрировать превосходство квантовых вычислений и превзойти Гила Калая", чья команда в Google создала Sycamore.
Другие ученые утверждают, что выборка гауссовых бозонов может быть использована в "молекулярном докинге", благодаря которому можно подобрать различные пары молекул для конструирования лекарственных препаратов.
 | На фоне спецоперации Франция и Германия активизировали разработку танка нового поколения — MGCS |
Однофотонный детектор
Первый фотонный квантовый компьютер "Цзючжан 1.0" уже вошел в историю. 4 сентября этого года машина была передана на выставку в Национальный музей Китая в Пекине. В октябре 2021 года команда Пэна запустила Jiuzhang 2.0 - квантовый вычислитель, зарегистрировавший 113 фотонов.
В октябре 2021 года команда Пэна запустила Jiuzhang 2.0 - квантовый вычислитель, на 113 кубитов. В июне прошлого года компания Xanadu представила установку Borealis, которая также осуществляет выборку гауссовых бозонов, мощность этой машин составила 219 кубитов. В минувшую среду был запущен Jiuzhang 3.0 с мощностью 255 кубитов.
Член исследовательской команды, профессор USTC Лу Чаоян в интервью "Синьхуа" сообщил, что ряд инноваций, включая недавно разработанную схему однофотонного детектора на основе сверхпроводящих нанопроводов использующих оптоволоконную петлю, позволили заметно увеличить количество регистрируемых фотонов для Jiuzhang 3.0.
"Демультиплексирование фотонов по временным интервалам посредством задержек позволило нам достичь стробируемого числа фотонов псевдоразрешение", - добавил Лу. Однако он не пояснил, как Пекину удалось разработать или "приобрести" сверхпроводящие нанопроволочные однофотонные детекторы ( superconducting nanowire single-photon detectors, SNSPD).
Первый прототип SNSPD был продемонстрирован Национальным институтом стандартов и технологий Соединенных Штатов (NIST) и компанией Raytheon BBN Technologies в 2005 году. В настоящее время он доступен для коммерческого использования по цене около 100 000 евро (или 106 200 американских долларов).
Компания Xanadu заявила, что ее фотонные детекторы были разработаны специалистами Faint Photonics Group дочерним предприятием NIST, основанного в 1901 году и в настоящее время входящего в состав Министерства торговли Соединенных Штатов. В сообщении также отмечалось, что для эффективной работы детекторов требуются сверхнизкие температуры.
В ноябре прошлого года администрация Байдена обсудила с американскими производителями квантовых компьютеров - среди которых были компании Google и IBM - план по разработке мер экспортного контроля квантовых вычислений против Китая. До настоящего времени никаких новых публичных сообщений об этой дискуссии не поступало.
9 августа этого года президент Соединенных Штатов Джо Байден подписал документ, ограничивающий инвестиции американских компаний и фондов в полупроводниковую промышленность, квантовые вычисления и искусственный интеллект Китая.