Учёные из Университета науки и технологии Китая (USTC) объявили о создании прототипа сверхпроводникового квантового компьютера Zuchongzhi-3, обладающего 105 кубитами и 182 связями. Это устройство демонстрирует значительный прогресс в области квантовой выборки случайных цепей, существенно превосходя по вычислительной мощности современные классические суперкомпьютеры. Исследование было опубликовано в ведущем научном журнале Physical Review Letters.
Zuchongzhi-3 выполняет вычисления в 10¹⁵ раз быстрее самого мощного на текущий момент суперкомпьютера и на шесть порядков опережает последние результаты Google. Такой прорыв в квантовых вычислениях стал продолжением развития технологий после успеха предыдущей версии процессора – Zuchongzhi-2. Работа китайских учёных отмечена как важная веха на пути к практическому использованию квантовых систем.
Квантовое превосходство – это способность квантового компьютера решать задачи, которые для классических машин оказываются вычислительно недоступными. В 2019 году Google заявила о достижении этого рубежа с 53-кубитным процессором Sycamore, который за 200 секунд справился с задачей, требующей у суперкомпьютеров около 10 тысяч лет. Однако в 2023 году китайские исследователи продемонстрировали алгоритм, который позволил выполнить ту же задачу за 14 секунд на массиве из 1 400 графических процессоров NVIDIA A100, а позже, на более мощных системах, это время сократилось до 1,6 секунды. Это поставило под сомнение первенство Google в квантовых вычислениях.
В 2020 году USTC представил фотонный квантовый процессор Jiuzhang, который первым подтвердил квантовое превосходство в экспериментальных условиях. В 2021 году университет достиг того же результата в сверхпроводниковых системах с помощью процессора Zuchongzhi-2, а в 2023 году разработка Jiuzhang-3 продемонстрировала квантовое превосходство, превосходя классические суперкомпьютеры в 10¹⁶ раз.
Осенью 2024 года Google представила 67-кубитный процессор Sycamore, который показал превосходство над классическими системами на девять порядков. Однако китайские исследователи пошли дальше, разработав Zuchongzhi-3 с 105 кубитами. Устройство демонстрирует время когерентности 72 мкс, точность однокубитных операций на уровне 99,90%, двухкубитных операций – 99,62%, а точность считывания – 99,13%. Длительное время когерентности позволяет проводить более сложные вычисления, что критично для квантовых алгоритмов.
Для проверки возможностей системы учёные провели выборку случайных квантовых цепей с 83 кубитами и 32 слоями. В результате Zuchongzhi-3 оказался в 10¹⁵ раз быстрее самого мощного классического суперкомпьютера и на шесть порядков быстрее последнего квантового процессора Google. Таким образом, этот прототип стал самой мощной квантовой системой на сверхпроводниковой платформе на данный момент.
Разработчики активно работают над повышением надёжности вычислений, включая внедрение коррекции квантовых ошибок с использованием поверхности кодов. В настоящее время реализован код с расстоянием 7, в будущем запланировано увеличение до 9 и 11, что позволит улучшить масштабируемость и надёжность квантовых вычислений.
Работа китайских исследователей получила широкое признание. Один из рецензентов Physical Review Letters отметил, что Zuchongzhi-3 демонстрирует “новый уровень производительности” и является “значительным усовершенствованием” по сравнению с 66-кубитной версией. В проекте принимали участие учёные из USTC, а также исследовательские институты в Шанхае, Хэнани, Пекине и Цзинане, что подчёркивает высокий уровень национальной кооперации в области квантовых технологий.