Kvantni računalnik Zuchongzhi o superprevodnikih, ki so ga razvili kitajski fiziki, se je izkazal za 2-3 reda velikosti hitrejši od Googlovega Sycamoreja. Uporabili so 56-kubitni procesor in eksperimentalno dokazali njegovo superiornost nad klasičnim. Prednatis dela je objavljen na arXiv.org.
Pred dvema letoma je Google objavil, da je dosegel kvantno premoč na računalniški napravi 53 superprevodnih kubitov, ki so jo poimenovali Sycamore. Pokazali so, da se kvantni kalkulator hitreje spopade s klasičnim z nalogo generiranja naključnega niza - po uporabi znanega naključnega zaporedja operacij na začetnem stanju kalkulatorja se izmeri verjetnostna porazdelitev, ki jo dobimo na izhodu, in jo primerja z teoretičnega. IBM je kritiziral rezultate poskusa in trdil, da bi klasični superračunalnik trajal tisočekrat manj časa, če bi uporabili drugačen klasični algoritem. Kasneje se je skupina znanstvenikov iz Googla obrnila na uporabne probleme in na Sycamoreju izračunala energije osnovnega stanja vodikovih verig in lahko opisala kemično reakcijo.
Skupina fizikov, ki jo vodi Jian-Wei Pan z Univerze za znanost in tehnologijo na Kitajskem, je pokazala, kako močnejši postane kvantni računalnik, ko se število kubitov poveča s 53 na 56. Avtorja sta uporabila 56 kubitov kvanta 66 kubitov računalnik in izmeril natančnost uporabe enokubitnih operacij, dvokubitnih operacij in branja kubitov. Za oceno moči kalkulatorja so avtorji z njim rešili problem generiranja naključnega niza.
Kvantni procesor ima dvodimenzionalno rešetkasto arhitekturo 66 superprevodnih transmonskih kubitov, o katerih lahko izveste več v našem tečaju o kvantni tehnologiji. Vsak kubit (razen skrajnih) je s posebnim kubitom, ki uravnava stopnjo interakcije, povezan s štirimi sosednjimi. Pravzaprav je to isti transmon, vendar deluje na drugačni frekvenci - to vam omogoča, da ločite nadzor različnih vrst kubitov.
Potem ko so bili fiziki eksperimentalno prepričani, da napake, pridobljene pri izvajanju operacij na enem ali dveh kubitih, ne presegajo enega odstotka, napaka odčitavanja pa 4,5 odstotka, so prešli na generiranje naključnih kvantnih sekvenc. Naključno zaporedje ali niz lahko generiramo z naključno kvantno shemo: plasti dvodimenzionalnih in dvokubitnih operacij se zaporedno nanašajo na dvodimenzionalno rešetko kubitov. V enem ciklu je vsak kubit naključno podvržen eni od treh transformacij in enemu dvokubitu, ki se spreminja iz cikla v cikel v določenem zaporedju, po vseh ciklih in tik pred merjenjem pa vsi kubiti znova izvedejo naključno eno- operacije qubit.
. Shema ciklične transformacije vezja: svetlo-modre enokubitne transformacije so označene, rumena, zelena, modra in rdeča-različne dvokubitne transformacije. Iste transformacije so označene na dvodimenzionalni rešetki
Tudi majhno število zank lahko z veliko verjetnostjo pripelje do zapletenega stanja. Kljub temu so avtorji uporabili shemo 20 ciklov na 56 kubitih in rezultate primerjali z izračuni klasičnega računalnika. S povečanjem števila ciklov postane simulacija problema neznosna za klasičen računalnik, zato za oceno njegove učinkovitosti fiziki uporabljajo poenostavljene modele vezja - razdelijo vezje na dva ločena dela in ju vzporedno preoblikujejo, ali pa odstranite več dvo-kubitnih podslojev na samem začetku. Testiranje na majhnem številu ciklov kaže, da oba modela dobro opisujeta eksperimentalne podatke, zato znanstveniki odvisnost natančnosti pretvorbe verige od števila ciklov ekstrapolirajo na večje število ciklov.
Primerjava časa, ki je potreben za reševanje problema na klasičnem in kvantnem procesorju, je znanstvenikom omogočila, da primerjajo, kako otežen je problem s povečanjem števila kubitov. Če je klasični računalnik opravil nalogo za 53 kubitov v 15,9 dneh, potem 56-kubitski traja 8,2 leta.
Kljub temu, da so avtorji pri simulacijah na klasičnem računalniku uporabili dva različna algoritma z bistveno drugačnimi pristopi in prejeli podobne ocene, predvidevajo nastanek novih, učinkovitejših algoritmov. Po njihovem mnenju bo to omogočilo nadaljevanje konkurence med klasičnim in kvantnim računalništvom in se lahko izkazalo za koristno pri skaliranju kvantnih sistemov.
Preprost in učinkovit klasični algoritem za simulacijo kvantnih vezij z isto arhitekturo je že predlagala in izvedla skupina kitajskih fizikov. Njihovi kolegi so pokazali, da se fotonski kvantni procesor pri reševanju drugega problema izkaže za hitrejšega od klasičnega.
