Chiny stworzyły procesor kwantowy. Biliard razy wydajniejszy od superkomputera

Komputer kwantowy to zaawansowane urządzenie obliczeniowe, które wykorzystuje zasady mechaniki kwantowej do przetwarzania informacji. W przeciwieństwie do klasycznych komputerów, które operują na bitach przyjmujących wartość 0 lub 1, komputery kwantowe używają kubitów — mogących jednocześnie przyjmować oba stany dzięki zjawisku superpozycji. Dzięki temu ich moc obliczeniowa rośnie wykładniczo wraz ze wzrostem liczby kubitów, co pozwala na wykonywanie skomplikowanych obliczeń w ułamku sekundy. 

Komputery kwantowe mają potencjał do zrewolucjonizowania wielu dziedzin, takich jak kryptografia, chemia kwantowa, modelowanie molekularne i optymalizacja procesów. Największe firmy na świecie, w tym Google, IBM i Microsoft, rywalizują o stworzenie coraz wydajniejszych konstrukcji. Ostatnio naukowcy z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii (USTC) ogłosili opracowanie nowego procesora kwantowego Zuchongzhi-3, który pod względem osiągów może konkurować z najlepszymi rozwiązaniami zachodnich gigantów technologicznych.

Obejrzyj w

Chiński procesor kwantowy 

Zuchongzhi-3 to nadprzewodzący procesor kwantowy wyposażony w 105 kubitów rozmieszczonych w układzie 15×7 z 182 sprzęgaczami. W porównaniu do swojego poprzednika — 66-kubitowego procesora Zuchongzhi-2 — najnowszy model charakteryzuje się znaczącymi ulepszeniami w zakresie wydajności i precyzji obliczeń. Szczegóły znajdziecie w tej pracy naukowej.

Procesor osiąga czas koherencji wynoszący 72 µs, co umożliwia wykonywanie bardziej złożonych obliczeń. Dokładność bramki pojedynczego kubitu wynosi 99,90%, a bramki dwukubitowej — 99,62%. Z kolei dokładność odczytu osiąga 99,13%, co czyni Zuchongzhi-3 jednym z najbardziej precyzyjnych procesorów kwantowych na świecie. Jak to wygląda w odniesieniu do zachodnich układów? Serwis Post Quantum wskazuje, że układ „Willow” firmy Google ma nieco wyższą wierność (~99,965% pojedynczego kubitu, 99,86% dwóch kubitów) i dłuższą koherencję (~98 µs).

Ciekawie wygląda też porównanie realnej wydajności procesora (test polegał na przeprowadzeniu losowego próbkowania obwodów kwantowych przy użyciu procesora kwantowego). W 2024 r. Google zaprezentowało procesor Willow z 105 kubitami, który ukończył zadanie w mniej niż 5 minut, a klasyczny superkomputer potrzebowałby na to 10²⁵ lat (10 septylionów lat). Osiągnięcie Google odpowiadało przyspieszeniu kwantowemu o około 10⁹ (9 rzędów wielkości) w porównaniu z klasycznymi metodami. Z kolei procesor Zuchongzhi 3.0 uzyskał przyspieszenie o 10¹⁵, przewyższając wynik Google z października 2024 roku o około 6 rzędów wielkości.

Obejrzyj w

Chińscy naukowcy chcą ulepszyć projekt 

Chiński procesor kwantowy imponuje wydajnością, jednak istotną kwestią jest także korekcja błędów i odporność na błędy. Takie podejście rozwijają zachodnie firmy np. Google Willow czy Microsoft Majorana 1. 

Korekcja błędów w komputerach kwantowych jest kluczowa, ponieważ kubity są niezwykle podatne na zakłócenia i utratę koherencji, co prowadzi do błędnych wyników obliczeń. Bez skutecznych mechanizmów korekcji błędów trudno byłoby utrzymać stabilność i dokładność przetwarzania danych w dużych i złożonych systemach kwantowych. 

Chińscy naukowcy kontynuują badania w tak ważnych obszarach jak kwantowa korekcja błędów. Dzięki wdrożeniu dwuwymiarowej architektury kubitowej udało się zwiększyć łączność między kubitami oraz szybkość przesyłu danych, co ma kluczowe znaczenie dla skalowania systemów kwantowych. Te innowacje są fundamentalne dla rozwoju odpornych na błędy komputerów kwantowych.

foto: Xinhua News Agency