Два самых мощных квантовых компьютера в мире на сегодняшний день оба пришли из Китая, и новые эксперименты с ними вновь разжигают споры о том, какие проблемы могут быть решаемы с помощью квантовых вычислений, которые не могут быть решены обычным суперкомпьютером.
Квантовый компьютер с достаточно большой сложностью – например, достаточным количеством компонентов, известных как квантовые биты или “кубиты”, – теоретически мог бы достичь “квантового преимущества”, позволяющего ему находить ответы на проблемы, которые никогда не смог бы решить ни один классический компьютер. В принципе, квантовый компьютер с 300 кубитами мог бы выполнить за одно мгновение больше вычислений, чем атомов в видимой вселенной.
В 2019 году Google утверждал, что продемонстрировал такое “квантовое превосходство” со своим 53-кубитным процессором Sycamore, выполнив вычисления за 200 секунд, которые, по оценкам компании, заняли бы у Summit, самого мощного суперкомпьютера в мире в то время, 10 000 лет. Однако исследователи IBM позже назвали это утверждение о квантовом преимуществе под вопросом, утверждая, что с помощью более совершенных классических алгоритмов Summit действительно может решить эту проблему за 2,5 дня.
“Современное состояние техники заключается в том, что еще ни один эксперимент не продемонстрировал квантового преимущества для практических задач”
Чао-Ян Лу, Университет науки и техники Китая
Теперь ученые в Китае протестировали два разных квантовых компьютера на том, что, по их словам, является более сложными задачами, чем Сикомор, и показали более быстрые результаты. Они отмечают, что их работа указывает на “однозначное квантовое вычислительное преимущество”.
В одном исследовании исследователи экспериментировали с Zuchongzi, который использовал 56 сверхпроводящих кубитов для задачи, решения которой являются случайными экземплярами или выборками из заданного разброса вероятностей. Они обнаружили, что Цзучунцзы выполнил такую задачу по отбору проб за 1,2 часа, на выполнение которой, по их оценкам, уйдет не менее 8,2 лет. Они также отметили, что эта задача выборки в десятки-сотни раз требовательнее к вычислениям, чем то, что Google использовал для создания квантового преимущества с помощью Sycamore.
В другом исследовании ученые протестировали Jiuzhang 2.0, фотонный квантовый компьютер, используя выборку гауссовых бозонов, задачу, в которой машина анализирует случайные фрагменты данных. Используя 113 обнаруженных фотонов, они оценили, что Jiuzhang 2.0 может решить проблему примернов 10 раз быстрее, чем классические суперкомпьютеры.
Хотя задача выборки, используемая в экспериментах с Zuchongzi, не имеет известной практической ценности, задача выборки гауссовых бозонов, на которой тестировался Jiuzhang 2.0, потенциально имеет множество практических применений, таких как определение того, какие пары молекул лучше всего подходят друг для друга. Таким образом, эта работа может иметь применение в квантовой химии для моделирования жизненно важных молекул и химических реакций, говорит физик Чао-Ян Лу из Университета науки и техники Китая в Хэфэе, соавтор обоих исследований.
Эти новые эксперименты являются “надежными и необходимыми шагами на пути к созданию все более совершенных квантовых компьютеров”, – отмечает Лу. Но он также предостерегает от растущей шумихи вокруг квантовых вычислений.
“До сих пор вычислительные проблемы, которые действительно могут извлечь выгоду из квантовых вычислений, все еще довольно ограничены”, – говорит Лу. “Современное состояние техники заключается в том, что еще ни один эксперимент не продемонстрировал квантового преимущества для практических задач. Хотя мы не должны быть слишком пессимистичными и близорукими, поскольку “миру нужно всего пять квантовых компьютеров”, мы также должны проводить различие между оптимизмом и преувеличением”.
Ученые подробно изложили свои выводы в конце октября, в двух исследованиях, в журнале Physical Review Letters.
