Jiuzhang 4.0 to nowy prototyp fotonicznego komputera kwantowego opracowany przez chińskich naukowców. System pracuje na stanach do 3050 fotonów, czyli cząstek światła. Poprzednia wersja, Jiuzhang 3.0, dochodziła do 255 fotonów.

Wyniki badań opublikowano 13 maja w czasopiśmie „Nature”. Nie jest to komputer, który za chwilę trafi do firm albo domów. Jiuzhang 4.0 pozostaje maszyną eksperymentalną, zbudowaną do jednego bardzo trudnego typu obliczeń. Jego znaczenie polega na skali układu i na tym, że chińskim badaczom udało się utrzymać kontrolę nad znacznie większą liczbą stanów fotonicznych niż wcześniej.

Rekord z Hefei

Jiuzhang 4.0 powstał pod kierunkiem zespołu z Uniwersytetu Nauki i Technologii Chin w Hefei. W projekcie uczestniczyli m.in. Pan Jianwei, Lu Chaoyang, Zhang Qiang i Liu Naile. Współpracowały także instytucje z Jinan, Shanxi, Pekinu i Szanghaju.

Nowy układ ma 1024 wejścia kwantowych stanów ściśniętych i 8176 trybów optycznych. W takim systemie informacja nie jest przetwarzana przez tradycyjne układy elektroniczne, lecz przez światło.

Schemat prototypu Jiuzhang 4.0 fotonicznego komputera kwantowego
Schemat prototypu Jiuzhang 4.0. Źródło: Uniwersytet Nauki i Technologii Chin

Zespół USTC wskazuje, że kluczowe było ograniczenie strat fotonów, które zwykle rosną wraz ze skalą układu. W Jiuzhang 4.0 zastosowano wysokowydajne źródło światła oparte na optycznym oscylatorze parametrycznym oraz hybrydowy interferometr kodujący czas i przestrzeń. Według chińskich relacji sprawność źródła światła sięgnęła 92 procent, a całego systemu 51 procent.

To właśnie odróżnia serię Jiuzhang od komputerów kwantowych budowanych w innych architekturach. W technologii fotonicznej kluczowe są precyzyjne źródła światła, niskie straty optyczne i zdolność panowania nad ogromną liczbą możliwych stanów.

Co liczy Jiuzhang 4.0

Jiuzhang 4.0 nie zastąpi laptopa, serwera ani superkomputera w zwykłych zadaniach. Został zbudowany do rozwiązywania problemu znanego jako próbkowanie bozonów Gaussa.

W uproszczeniu chodzi o przewidywanie, jak zachowują się fotony przechodzące przez bardzo złożony układ optyczny. Im więcej cząstek i ścieżek, tym szybciej rośnie liczba możliwych wyników. Dla klasycznego komputera odtworzenie takiego procesu staje się praktycznie niewykonalne.

CCTV opisuje to jako obliczanie rozkładu prawdopodobieństwa ogromnej liczby cząstek poruszających się po skomplikowanych ścieżkach. Nie chodzi tu o szybkie zastosowanie w biurze albo fabryce. Ten eksperyment pozwala sprawdzić granicę między klasycznym a kwantowym sposobem obliczania.

25 mikrosekund i skala poza klasyczną symulacją

Najmocniejsza liczba w chińskich komunikatach dotyczy czasu. Według Xinhua Jiuzhang 4.0 wygenerował najtrudniejszą próbkę w 25 mikrosekund. Symulacja tego samego zadania na najszybszym obecnie superkomputerze, przy użyciu najlepszego znanego algorytmu klasycznego, miałaby zająć ponad 10 do potęgi 42 lat.

Chińskie źródła piszą również o przewadze nad klasycznym superkomputerem rzędu 10 do potęgi 54. Takie porównania trzeba czytać ostrożnie. Nie oznaczają, że Jiuzhang 4.0 jest lepszy od klasycznych maszyn we wszystkich zadaniach.

Oznaczają coś bardziej konkretnego: w wąskim problemie, do którego został zaprojektowany, fotoniczny komputer kwantowy osiąga wynik niedostępny dla klasycznych metod. Właśnie na tym polega sens takich eksperymentów: pokazują, gdzie konkretna architektura wychodzi poza możliwości klasycznych metod.

Dlaczego to ma znaczenie

Znaczenie Jiuzhang 4.0 nie polega na obietnicy szybkiej komercjalizacji. Chodzi o zdolność budowania coraz większych i stabilniejszych układów optycznych. Xinhua wskazuje, że skala i niskie straty w nowym systemie tworzą podstawę do dalszych badań nad trójwymiarowymi stanami klastrowymi o bilionach trybów kwantowych oraz nad przyszłym sprzętem odpornym na błędy.

Droga do uniwersalnego komputera kwantowego nadal jest długa. Sami chińscy badacze mówią, że taki system musiałby kontrolować miliony kubitów i skutecznie korygować błędy. Jiuzhang 4.0 nie rozwiązuje jeszcze tego problemu.

Pokazuje jednak, że chińskie zespoły potrafią zwiększać skalę eksperymentów, utrzymywać kontrolę nad fotonami i przesuwać granicę tego, co da się sprawdzić w laboratorium. To ważne zwłaszcza w dziedzinie, w której sukces laboratoryjny jest dopiero pierwszym etapem długiej drogi do praktycznych zastosowań.

Kwanty w 15. planie pięcioletnim

Jiuzhang nie jest pojedynczym pokazem technologicznym. To seria rozwijana od kilku lat. Pierwszy Jiuzhang z 2020 roku pokazał przewagę kwantową w układzie optycznym. Kolejne wersje zwiększały liczbę fotonów, trybów i złożoność eksperymentu.

W 15. planie pięcioletnim Chin na lata 2026–2030 technologie kwantowe znalazły się wśród branż przyszłości. Dokument wymienia je obok m.in. bioprodukcji, wodoru, fuzji jądrowej, interfejsów mózg–komputer, embodied AI i sieci 6G. Chodzi więc nie tylko o pojedyncze eksperymenty naukowe, ale o budowę zaplecza dla nowych gałęzi technologii.

Plan wskazuje również konkretne zadania w obszarze kwantów: zintegrowaną sieć komunikacji kwantowej ziemia–kosmos, odporne na błędy uniwersalne komputery kwantowe, skalowalne komputery kwantowe do wyspecjalizowanych zadań oraz precyzyjne pomiary kwantowe. Jiuzhang 4.0 mieści się w tym drugim nurcie obliczeniowym: nie jest maszyną ogólnego zastosowania, lecz specjalistycznym układem do sprawdzania możliwości fotonicznych obliczeń kwantowych.

CCTV zwraca uwagę, że Chiny osiągnęły „kwantową przewagę” na dwóch głównych ścieżkach technologicznych. Fotoniczną reprezentuje seria Jiuzhang, a nadprzewodnikową seria Zuchongzhi. Dla chińskich laboratoriów oznacza to równoległe sprawdzanie różnych architektur, zamiast zamykania się w jednym typie sprzętu.

Jiuzhang 4.0 pozostaje technologią laboratoryjną, ale dobrze pokazuje kierunek chińskich prac. Najpierw były pojedyncze demonstracje przewagi kwantowej, potem kolejne wersje zwiększające liczbę fotonów i trybów optycznych. Teraz granica przesuwa się na poziom tysięcy fotonów.

Rekord jest tu mniej ważny niż kierunek prac. Chiny budują coraz większe układy fotoniczne, sprawdzają ich stabilność i przesuwają je w stronę wyspecjalizowanych maszyn do obliczeń, z którymi klasyczne komputery nie są w stanie sobie poradzić.

Źródła:

PODOBNE ARTYKUŁYWIĘCEJ OD AUTORA