Сверхпроводящий квантовый процессор Zuchongzhi-3, разработанный командой University of Science and Technology of China (USTC), демонстрирует выполнение задачи выборки случайных квантовых схем в 10¹⁵ раз быстрее, чем лучшие классические суперкомпьютеры.
Устройство построено на 2D-сетевой архитектуре с 105 кубитами и 182 куплерами, что обеспечивает эффективное взаимное соединение и высокую скорость передачи данных. Показатели качества операций впечатляют: время когерентности составляет 72 мкс, параллельная точность одиночных квантовых ворот – 99,90%, двухкубитовых – 99,62%, а точность считывания – 99,13%.
В демонстрационном тесте использована 83-кубитная, 32-слойная схема случайной выборки, благодаря которой устройство установило преимущество в 15 порядков по сравнению с оптимальными классическими алгоритмами и показало 6 порядков улучшения по сравнению с результатами Google, опубликованными в октябре 2024 года.
Google впервые продемонстрировал квантовое превосходство в 2019 году с 53-кубитным процессором Sycamore, выполнявшим аналогичную задачу за 200 секунд, требующую по оценкам 10 000 лет работы классических суперкомпьютеров. В октябре 2024 года 67-кубитный Sycamore смог превзойти классические системы в 9 порядков, что подчеркивает знаковость последних достижений Zuchongzhi-3.
Современные достижения классических алгоритмов, реализованные USTC в 2023 году с использованием более 1 400 графических процессоров A100, позволили сократить время выполнения задачи до 14 секунд, а потенциальное использование суперкомпьютеров Frontier и расширенной памяти способно снизить этот показатель до 1,6 секунд.
Перспективы фотонного квантового вычисления также демонстрируют значительный прогресс: в 2020 году прототип «Jiuzhang» достиг строгого квантового превосходства, а в 2023 году модель Jiuzhang-3 с 255 фотонами превзошла классические системы в 10¹⁶ раз.
Текущие усилия по интеграции коррекции ошибок включают применение поверхностного кода на базе 2D-архитектуры кубитов, с активными исследованиями по коду дистанции 7 и планами по переходу на уровни дистанции 9 и 11 для повышения масштабируемости и точности манипуляций с квантовыми битами.
Понятие квантового превосходства, впервые иллюстрированное Sycamore, сегодня получает новое измерение благодаря устройству Zuchongzhi-3, которое является значительным обновлением по сравнению с предыдущим 66-кубитным прототипом Zuchongzhi-2, как отметил один из рецензентов, охарактеризовав его как демонстрацию передовых показателей в области суперпроводящих квантовых систем.
Ключевые разработчики – Пан Цзяньвэй, Чжу Сяобо и Пэн Чэнчжи – совместно с партнёрами из Shanghai Research Center for Quantum Sciences, Henan Key Laboratory of Quantum Information and Cryptography, China National Institute of Metrology, Jinan Institute of Quantum Technology, School of Microelectronics at Xidian University и Institute of Theoretical Physics под эгидой Chinese Academy of Sciences – опубликовали результаты исследований на обложке журнала Physical Review Letters, что подчеркивает фундаментальное значение прорыва в технологии квантовых процессоров.
Изображение носит иллюстративный характер
Устройство построено на 2D-сетевой архитектуре с 105 кубитами и 182 куплерами, что обеспечивает эффективное взаимное соединение и высокую скорость передачи данных. Показатели качества операций впечатляют: время когерентности составляет 72 мкс, параллельная точность одиночных квантовых ворот – 99,90%, двухкубитовых – 99,62%, а точность считывания – 99,13%.
В демонстрационном тесте использована 83-кубитная, 32-слойная схема случайной выборки, благодаря которой устройство установило преимущество в 15 порядков по сравнению с оптимальными классическими алгоритмами и показало 6 порядков улучшения по сравнению с результатами Google, опубликованными в октябре 2024 года.
Google впервые продемонстрировал квантовое превосходство в 2019 году с 53-кубитным процессором Sycamore, выполнявшим аналогичную задачу за 200 секунд, требующую по оценкам 10 000 лет работы классических суперкомпьютеров. В октябре 2024 года 67-кубитный Sycamore смог превзойти классические системы в 9 порядков, что подчеркивает знаковость последних достижений Zuchongzhi-3.
Современные достижения классических алгоритмов, реализованные USTC в 2023 году с использованием более 1 400 графических процессоров A100, позволили сократить время выполнения задачи до 14 секунд, а потенциальное использование суперкомпьютеров Frontier и расширенной памяти способно снизить этот показатель до 1,6 секунд.
Перспективы фотонного квантового вычисления также демонстрируют значительный прогресс: в 2020 году прототип «Jiuzhang» достиг строгого квантового превосходства, а в 2023 году модель Jiuzhang-3 с 255 фотонами превзошла классические системы в 10¹⁶ раз.
Текущие усилия по интеграции коррекции ошибок включают применение поверхностного кода на базе 2D-архитектуры кубитов, с активными исследованиями по коду дистанции 7 и планами по переходу на уровни дистанции 9 и 11 для повышения масштабируемости и точности манипуляций с квантовыми битами.
Понятие квантового превосходства, впервые иллюстрированное Sycamore, сегодня получает новое измерение благодаря устройству Zuchongzhi-3, которое является значительным обновлением по сравнению с предыдущим 66-кубитным прототипом Zuchongzhi-2, как отметил один из рецензентов, охарактеризовав его как демонстрацию передовых показателей в области суперпроводящих квантовых систем.
Ключевые разработчики – Пан Цзяньвэй, Чжу Сяобо и Пэн Чэнчжи – совместно с партнёрами из Shanghai Research Center for Quantum Sciences, Henan Key Laboratory of Quantum Information and Cryptography, China National Institute of Metrology, Jinan Institute of Quantum Technology, School of Microelectronics at Xidian University и Institute of Theoretical Physics под эгидой Chinese Academy of Sciences – опубликовали результаты исследований на обложке журнала Physical Review Letters, что подчеркивает фундаментальное значение прорыва в технологии квантовых процессоров.
