Квантовый компьютер выполнил задачу на 2,5 миллиарда лет за 3 минуты

Исследователи в Китае утверждают, что достигли квантового превосходства — точки, в которой квантовый компьютер выполняет практически невозможную для классического компьютера задачу. Устройство под названием Jiuzhang за 200 секунд провело вычисления, на которые обычному суперкомпьютеру потребовалось бы 2,5 миллиарда лет.

Традиционные компьютеры обрабатывают данные как двоичные биты — либо ноль, либо единицу. Квантовые компьютеры имеют явное преимущество в том, что их биты могут быть как единицей, так и нулем одновременно. Это экспоненциально увеличивает потенциальную вычислительную мощность, поскольку два квантовых бита (кубита) могут находиться в четырех возможных состояниях, три кубита могут находиться в восьми состояниях и так далее.

Это означает, что квантовые компьютеры могут исследовать множество возможностей одновременно, в то время как классический компьютер должен будет перебирать каждый вариант один за другим. Прогресс показал, что квантовые компьютеры выполняют вычисления намного быстрее, чем традиционные, но их окончательной проверкой будет выполнение задач, которые классическим компьютерам просто не под силу. Именно эта веха получила название «квантового превосходства».

В прошлом году в Google впервые заявили о достижении квантового превосходства. Компания заявила, что ее 53-кубитный процессор Sycamore выполнил определенные вычисления в течение 200 секунд — задача, на которую, по оценке Google, самому мощному суперкомпьютеру в мире потребовалось бы 10 000 лет.

А теперь Китай утверждает, что присоединился к клубу квантового превосходства. Сообщается, что компьютер Jiuzhang нашел решение особенно сложной проблемы за 3 минуты 20 секунд. С другой стороны, традиционному суперкомпьютеру потребуется не менее 2,5 миллиардов лет, чтобы сделать то же самое. Для справки, это более половины нынешнего возраста Земли. В настоящее время до сих пор нельзя определенно сказать, каков предел мощности у компьютеров, и существует ли он вообще.

Расчет был так называемым бозонным отбором, который вычисляет выходной сигнал сложной оптической схемы. По сути, фотоны отправляются в систему через множество входов, и, оказавшись внутри, разделяются светоделителями и отражаются зеркалами. Отбор проб бозона учитывает все эти переменные и вычисляет возможный результат этого лабиринта. Это невероятно сложная задача для обычного компьютера, но хороший тест для квантовых компьютеров.

В этом эксперименте Jiuzhang работал с 50 фотонами, 100 входами, 100 выходами, 300 светоделителями и 75 зеркалами. Компьютеру удалось рассчитать образец распределения за время, примерно необходимое для приготовления кофе, в то время как Sunway TaihuLight (в настоящее время четвертый по мощности суперкомпьютер в мире) потребовалась бы пятая часть всей эпохи Вселенной, чтобы сделать то же самое.

Столь огромное достижение вовсе не значит, что традиционные компьютеры скоро куда-то исчезнут. Подобные вычисления сами по себе не являются особенно полезной работой — в основном это тесты, демонстрирующие потенциальную мощь квантовых компьютеров. Кроме того, у них все еще есть некоторые проблемы со стабильностью, которые необходимо решить.