Квантовый компьютер за 200 секунд решил задачу, на которую ушло бы 2,5 млрд лет

Иллюстрация: Игорь Куделин, «История Вселенной 7», акрил, холст, 2015. Facebook «Сіль-соль»

Команда ученых из Шанхайского университета науки и технологий создала квантовый компьютер, который за несколько минут решает задачу, которую самые мощные суперкомпьютеры вычисляли бы 2,5 млрд лет. Он работает в 10 млрд раз быстрее, чем его предшественник — Google Sycamore, созданный в прошлом году.

Вкачестве теста квантовый компьютер произвел отбор проб гауссовских бозонов. Упрощенная суть задачи в том, что машине нужно рассчитать прохождение фотонов (частиц света) через оптический прибор. На это китайскому компьютеру потребовалось всего 200 секунд. Классический компьютер решает эту задачу матричным методом, поэтому время расчета экспоненциально увеличивается в зависимости от количества частиц.

Квантовый компьютер, созданный в Китае, работает так: излучение лазера расщепляется на 25 лучей и поражает 25 кристаллов титанилфосфата калия. После этого из каждого кристалла в разные стороны вылетает два фотона. Они попадают в 100 входов, каждый из которых ведет по маршруту из 300 призм и 75 зеркал. Затем датчики регистрируют фотоны, долетевшие до самого конца. В среднем их было 43 штуки, но в один из запусков ученые зарегистрировали 76 фотонов. На это количество современный суперкомпьютер потратил бы 2,5 млрд лет.

Квантовые компьютеры используют явления квантовой механики (квантовую суперпозицию и запутанность) для обработки данных. Обычный компьютер оперирует битами, которые принимают значение 0 или 1. Квантовый же использует кубиты, которые одновременно могут быть и 0, и 1. Поэтому компьютеру не нужно перебирать все возможные варианты — он обрабатывает все состояния одновременно, развивая фантастическую скорость.

Китайская машина ориентирована на решение одной-единственной задачи, поэтому исследователи вместо кубитов использовали непосредственно фотоны. В отличие от разработки Google, китайская машина не является программируемой, то есть она демонстрирует квантовое превосходство, но не может использоваться для других вычислений. Это своего рода хитрость, но, как отметил один из разработчиков — профессор Лю Чаоян, эти исследования — это гонка не между странами или учеными, а между человечеством и природой.

Способность квантовых компьютеров решать задачи, которые обычным машинам недоступны, называется квантовым превосходством. Оно даст возможность заниматься сложными физическими вычислениями, а значит повлияет на развитие машинного обучения, моделирования, шифрования,квантовой физики, генной инженерии и теории графов.
Квантовые компьютеры смогут обрабатывать миллиарды входящих параметров. Например, участвовать в создании аппаратов для межпланетных перелетов.

Сами же ученые отмечают, что квантовые компьютеры пока не готовы к практическому применению, потому что они могут решать ограниченное количество задач, но если в будущем они заменят обычные компьютеры, это станет невероятным техническим прорывом. Их революционный потенциал можно сравнить с тем, что принесло человечеству создание первых вычислительных машин.