Китайские физики собрали оптическую схему, с помощью которой продемонстрировали квантовое превосходство. В качестве задачи для демонстрации скорости работы квантового устройства они выбрали бозонный сэмплинг на 100-модовом оптическом интерферометре. По расчетам авторов, их квантовый вычислитель справляется с этой задачей в 100 триллионов раз быстрее, чем обычный суперкомпьютер.

Работа опубликована в журнале Science.

С начала развития квантовых технологий вопрос превосходства квантового компьютера над классическим не только остается открытым, но и постоянно меняется его формулировка. Ученые сосредоточили свое внимание на определенных задачах, в которых квантовые вычислители оказываются эффективнее классических.

Подробнее о квантовых компьютерах и задачах, которые они способны решать быстрее классических можно прочесть в материале «Сколько ждать квантового превосходства?».

Почти год назад отдел квантового искусственного интеллекта компании Google впервые заявил о том, что их сверхпроводниковый 53-кубитный процессор Sycamore смог превзойти классический суперкомпьютер в задаче о генерации случайных числовых строк. Из-за вероятностной природы кубитов число возможных вариантов таких строк оказывается очень большим — 2⁵³, поэтому для классического компьютера решение такой задачи может занять тысячи лет. Jб этом эксперименте писали в материале «Квантовое превосходство».

Помимо множества задач, на которых можно демонстрировать возможности квантовых вычислителей, существуют разные платформы для создания самих процессоров. Все они развиваются параллельно и каждая имеет свои достоинства и недостатки. Специалисты Google использовали сверхпроводниковые цепи для реализации. Кроме них физики занимаются разработкой квантовых процессоров на ультрахолодных атомах, ионах и фотонах.

Фотонные процессоры обычно содержат в себе интерферометр, который удобен для реализации задачи бозонного сэмплинга. В стандартном случае фотоны, которые попадают в интерферометр, взаимодействуют друг с другом, что позволяет получать разные выходные состояния с определенной вероятностью. Частота, с которой получается то или иное выходное состояние характеризует сам интерферометр, а точнее матрицу преобразования над фотонами. Бозонный сэмплинг позволяет рассчитывать перманенты матриц, что становится сложным для классических компьютеров при увеличении размерности.

Исследователи из научно-технического университета Китая под руководством Цзянь-Вэй Пана (Jian-Wei Pan) собрали оптическую схему для расчета перманентов матрицы размером 100 на 100, что оказалось непосильно для классического компьютера.