Ερευνητές στην Κίνα ανέπτυξαν μια κβαντική μονάδα επεξεργασίας (QPU) που είναι 1 τετράκις εκατομμύριο (10¹⁵) φορές ταχύτερη από τους καλύτερους υπερυπολογιστές του πλανήτη. Το νέο πρωτότυπο chip των 105 qubit, που ονομάστηκε «Zuchongzhi 3.0» και χρησιμοποιεί υπεραγώγιμα qubits, αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός για την Κβαντική Πληροφορική, όπως δήλωσαν οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας (USTC) στο Hefei.
Ανταγωνίζεται τα αποτελέσματα συγκριτικής αξιολόγησης που έθεσε η τελευταία Willow QPU της Google τον Δεκέμβριο του 2024, η οποία έδωσε τη δυνατότητα στους επιστήμονες να στοιχειοθετήσουν την κβαντική υπεροχή -όπου οι κβαντικοί υπολογιστές είναι πιο ικανοί από τους ταχύτερους υπερυπολογιστές- σε εργαστηριακή συγκριτική αξιολόγηση.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τον επεξεργαστή για να ολοκληρώσουν μια εργασία στο ευρέως διαδεδομένο benchmark κβαντικών υπολογιστών με δειγματοληψία τυχαίων κυκλωμάτων (RSC) σε μόλις μερικές εκατοντάδες δευτερόλεπτα.
Αυτή η δοκιμασία, εργασία δειγματοληψίας τυχαίου κυκλώματος 83qubit, 32 επιπέδων, ολοκληρώθηκε επίσης 1 εκατομμύριο φορές ταχύτερα από το αποτέλεσμα που είχε θέσει το chip Sycamore προηγούμενης γενιάς της Google, το οποίο δημοσιεύθηκε τον Οκτώβριο του 2024. Ο Frontier, ο δεύτερος ταχύτερος υπερυπολογιστής στον κόσμο, θα ήταν σε θέση να ολοκληρώσει την ίδια εργασία μόνο σε 5,9 δισεκατομμύρια χρόνια!
Αν και τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι οι QPUs είναι σε θέση να επιτύχουν κβαντική υπεροχή, η συγκεκριμένη συγκριτική αξιολόγηση RCS που χρησιμοποιήθηκε ευνοεί τις κβαντικές μεθόδους. Επίσης, οι βελτιώσεις στους κλασικούς αλγορίθμους που καθοδηγούν την κλασική υπολογιστική μπορεί να κλείσουν το χάσμα, όπως συνέβη το 2019, όταν οι επιστήμονες της Google ανακοίνωσαν για πρώτη φορά ότι ένας κβαντικός υπολογιστής ξεπέρασε έναν κλασικό υπολογιστή – κατά την πρώτη χρήση του RSC benchmark.
«Το έργο μας όχι μόνο προωθεί τα όρια της Κβαντικής Πληροφορικής, αλλά θέτει επίσης τις βάσεις για μια νέα εποχή όπου οι κβαντικοί επεξεργαστές θα διαδραματίζουν ουσιαστικό ρόλο στην αντιμετώπιση εξελιγμένων προκλήσεων του πραγματικού κόσμου», αναφέρουν οι επιστήμονες στη μελέτη.
Η τελευταία έκδοση του Zuchongzhi περιλαμβάνει 105 transmon qubits – συσκευές κατασκευασμένες από μέταλλα όπως το ταντάλιο, το νιόβιο και το αλουμίνιο που έχουν μειωμένη ευαισθησία στο θόρυβο – σε ένα ορθογώνιο πλέγμα 15 επί 7. Αυτό βασίζεται στο προηγούμενο τσιπ, το οποίο περιλάμβανε 66 qubits.
Ένας από τους πιο σημαντικούς τομείς που είναι κρίσιμος για τη βιωσιμότητα της Κβαντικής Πληροφορικής σε πραγματικές συνθήκες είναι ο χρόνος συνοχής, ένα μέτρο του πόσο καιρό ένα qubit μπορεί να διατηρήσει την υπέρθεσή του και να αξιοποιήσει τους νόμους της Κβαντομηχανικής για την παράλληλη εκτέλεση υπολογισμών. Μεγαλύτεροι χρόνοι συνοχής σημαίνουν ότι είναι δυνατές πιο περίπλοκες λειτουργίες και υπολογισμοί.
Διαβάστε επίσης
Μια άλλη σημαντική βελτίωση αφορά την πιστότητα της πύλης και τη διόρθωση κβαντικών σφαλμάτων, η οποία αποτελούσε εμπόδιο στην κατασκευή χρήσιμων κβαντικών υπολογιστών. Η πιστότητα της πύλης μετράει με πόση ακρίβεια μια κβαντική πύλη εκτελεί την προβλεπόμενη λειτουργία της, όπου μια κβαντική πύλη είναι ανάλογη με μια κλασική λογική πύλη, η οποία εκτελεί μια συγκεκριμένη λειτουργία σε ένα ή περισσότερα qubits, χειριζόμενη την κβαντική τους κατάσταση. Υψηλότερη πιστότητα qubits σημαίνει λιγότερα σφάλματα και ακριβέστερους υπολογισμούς. Το Zuchongzhi 3.0 απέδωσε με εντυπωσιακή παράλληλη πιστότητα πύλης ενός qubit 99,90% και παράλληλη πιστότητα πύλης δύο qubit 99,62%. Η Willow QPU της Google την ξεπέρασε ελαφρώς, με αποτελέσματα 99,97% και 99,86% αντίστοιχα.
Αυτές οι βελτιώσεις ήταν σε μεγάλο βαθμό δυνατές λόγω τεχνικών βελτιώσεων, συμπεριλαμβανομένων των βελτιώσεων στις μεθόδους κατασκευής και του καλύτερα βελτιστοποιημένου σχεδιασμού των qubits, ανέφεραν οι επιστήμονες στη μελέτη. Για παράδειγμα, η τελευταία έκδοση ορίζει λιθογραφικά τα εξαρτήματα qubit χρησιμοποιώντας ταντάλιο και αλουμίνιο, συνδεδεμένα μέσω μιας διαδικασίας flip-chip με bump ινδίου. Αυτό βελτιώνει την ακρίβεια και ελαχιστοποιεί την επιμόλυνση.
[via]
