Быстрее вселенной: новейший квантовый процессор поразит ваше воображение

Команда исследователей из Китайского университета науки и технологий (USTC) сообщила о создании своего новейшего квантового процессора — Zuchongzhi 3.0.

Фото: wikipediа by Chi Ho Chan, https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/

процессор

Этот процессор демонстрирует способность выполнять определенные вычисления на порядки быстрее, чем самые производительные современные суперкомпьютеры, что является значительным шагом в достижении так называемого квантового превосходства.

По оценкам, его скорость в выполнении некоторых задач может в квинтиллион (10 в 18-й степени) раз превосходить возможности классических суперкомпьютерных систем.

Процессор Zuchongzhi 3.0 построен на базе 105 сверхпроводящих трансмонных кубитов, которые организованы в виде решетки размером 15 на 7 элементов. Это достижение является важной вехой в развитии квантовых вычислительных устройств. По своим показателям новый китайский процессор превосходит даже возможности квантового чипа Willow, анонсированного компанией Google в декабре 2024 года.

Для оценки производительности квантовых компьютеров часто используется стандартный тест под названием Random Circuit Sampling (RCS). В ходе этого теста исследователи смогли решить сложную задачу, задействующую 83 кубита и 32 слоя квантовых операций, всего за несколько сотен секунд. Для наглядности, выполнение аналогичной задачи на втором по мощности суперкомпьютере в мире, Frontier, предположительно, заняло бы около 5,9 миллиарда лет.

Особо стоит отметить, что Zuchongzhi 3.0 справился с тестовой задачей почти в миллион раз быстрее, чем предыдущая разработка Google в этой области — чип Sycamore. Результаты исследования, проведенного в 2025 году, были представлены 3 марта в научном журнале Physical Review Letters, о чем сообщает издание Live Science.

Несмотря на столь впечатляющие результаты, разработчики подчеркивают, что тесты, специально разработанные для демонстрации преимуществ квантовых систем, такие как RCS, изначально ставят квантовые компьютеры в более выгодное положение по сравнению с классическими.

Постоянное совершенствование алгоритмов для традиционных компьютеров со временем может сократить этот разрыв в производительности, как это уже наблюдалось после первого заявления Google о достижении квантового превосходства в 2019 году.

В своем исследовании ученые отмечают, что полученные ими результаты не только расширяют текущие границы возможностей квантовых вычислений, но и закладывают фундамент для новой эры. В этой эре, по их мнению, квантовые процессоры будут играть ключевую роль в решении сложных прикладных задач.

Существенный вклад в выдающиеся характеристики Zuchongzhi 3.0 внесло увеличение времени когерентности кубитов. Это позволяет им дольше сохранять свое квантовое состояние, что необходимо для выполнения более сложных вычислений.

Также была значительно повышена точность выполнения квантовых операций (вентилей). Система способна осуществлять операции с одним кубитом с точностью 99,90% и операции с двумя кубитами с точностью 99,62% одновременно. Стоит отметить, что в этом аспекте процессор Willow от Google демонстрировал несколько более высокие показатели — 99,97% и 99,86% соответственно.

Впечатляющий рост производительности стал возможен во многом благодаря усовершенствованию технологических процессов изготовления кубитов. В качестве примеров можно привести использование тантала и алюминия, соединенных с помощью технологии indium bump flip-chip. Этот новый метод позволил значительно повысить точность и одновременно снизить уровень загрязнений в системе.

Уточнения

Ква́нтовый компью́тер — вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики (квантовая суперпозиция, квантовая запутанность) для передачи и обработки данных. Квантовый компьютер (в отличие от обычного) оперирует не битами (способными принимать значение либо 0, либо 1), а кубитами, имеющими значения одновременно и 0, и 1.