Nowe chińskie superkomputery kwantowe
Doniesienia z lipca o nieprawdopodobnych osiągnięciach chińskich komputerów kwantowych zostały potwierdzone w uznanych czasopismach naukowych. Zuchongzhi 2 – nadprzewodzący komputer kwantowy – wykonuje milion razy bardziej skomplikowane obliczenia niż Google Sycamore, najszybszy dotąd komputer kwantowy. To jednak nic w porównaniu do pracującego na fotonach Jiuzhang 2, który wyprzedza wszystkie maszyny i jest 100 tryliardów razy szybszy niż konwencjonalny komputer.
W rywalizacji o najszybszy komputer kwantowy liczą się tylko Stany Zjednoczone i Chiny i dotąd to amerykańskie komputery wiodły prym. Dwa lata temu Google ogłosił, że stworzony przez tę firmę komputer Sycamore osiągnął supremację kwantową, czyli znacząco prześcignął w zdolności obliczeniowej najszybsze konwencjonalne komputery. Eksperymentalne obliczenie wówczas przeprowadzone pokazało, że w Sycamore w ciągu 200 sekund potrafi policzyć to, co najszybszy wówczas konwencjonalny komputer Summit (produkcji IBM), potrzebuje około 10 tysięcy lat. W lipcu 2021 roku światowe media obiegła tymczasem informacja, powtarzana po wywiadzie, udzielonym przez chińskich fizyków, którzy twierdzili, że zbudowali komputer kwantowy, który przebił prędkością obliczeniową nawet Sycamore i to o całe rzędy wielkości. Dopiero pod koniec października jednak ukazały się artykuły naukowe w recenzowanych czasopismach, potwierdzające to osiągnięcie.
Na podstawie publikacji w Physical Review Letters i w Science Bulletin wiemy, że powstał nie jeden lecz dwa komputery. Zuchongzhi 2 to nowsza wersja maszyny nadprzewodzącej, o której w lipcu Chińczycy informowali w mediach. Zuchongzhi 2 to komputer kwantowy zbudowany z 66 kubitów, czyli kwantowych bitów, które stanowią o mocy obliczeniowej maszyny. Sycamore zbudowany przez Google był w stanie wykorzystać jedynie 55 kubitów i działał 10 milionów razy wolniej niż chiński komputer. Ten ostatni potrafi w ciągu milisekundy wykonać zadanie, które konwencjonalnym superkomputerom zajęłoby nawet 30 bilionów lat.
Druga maszyna ma mniej przewidywalnych zastosowań, ale jest jeszcze szybsza. Jiuzhang 2 do uzyskania bezprecedensowych prędkości wykorzystuje fotony, czyli kwanty światła. „Bezprecedensowa” oznacza tu, 100 tryliardów razy szybciej niż konwencjonalny superkomputer (tryliard to jedynka i 21 zer).
Chińskie komputery kwantowe nadal popełniają wiele błędów
Osiągnięcia tych chińskich urządzeń pokazują jednoznacznie, że mamy do czynienia z rewolucją obliczeniową. Mimo to komputery jeszcze długo nie trafią na rynek, tylko będą przedmiotem badań i testów. W aktualnym stanie obie maszyny – jak wszystkie komputery kwantowe – mogą działać tylko w nienaruszalnym, idealnym środowisku, a przeznaczone są jedynie do bardzo specyficznych zadań. Na dodatek, nawet w sterylnych warunkach, maszyny popełniają wiele błędów.
– Naszym następnym celem jest poprawa kwantowych błędów i zajmie to nam za pewne cztery czy pięć lat – mówi profesor Pan z University of Science and Technology of China w Hefei w południowowschodniej prowincji Anhui, współautor badań. – Dzięki opracowaniu technologii kwantowej korekcji błędów możliwe będzie tworzenie komputerów kwantowych, których cele będą z góry określone. Liczymy, że dzięki temu uda się wykonać symulacje prowadząca do rozwiązania wielu palących problemów współczesnej nauki.
Komputery kwantowe to więc nadal technologia przyszłości. Chociaż ich moc obliczeniowa przerasta o nieprawdopodobną skalę moc największych konwencjonalnych komputerów, to wciąż ich zastosowanie jest ograniczone, praca wymaga sterylnych laboratoryjnych warunków i temperatury zbliżonej do zera absolutnego, a mimo tego popełniają jeszcze błędy.
Badacze mają świadomość tych ograniczeń, ale nie przeszkadza im to w wyobrażaniu sobie nowego świata, w którym komputery kwantowe będą podstawą nowej rewolucji przemysłowej, sterowania procesami społecznymi, bazą działań obronnych, analiz czy planowania w zakresie ekonomii i prac naukowych w medycynie, chemii czy inżynierii.
Źródło naukowe:
Yulin Wu et al. Strong Quantum Computational Advantage Using a Superconducting Quantum Processor. Phys. Rev. Lett. 127, 180501 – Published 25 October 2021. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.180501
Qingling Zhu, et al. Quantum Computational Advantage via 60-Qubit 24-Cycle Random Circuit Sampling, Science Bulletin, 2021, https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.10.017.
Opracowano na podstawie artykułu China's New Quantum Computer Has 1 Million Times the Power of Google's opublikowanego na portalu Interesting Engineering.
