تم تطوير النموذج الأولي للحوسبة الكمومية الضوئية "Jiuzhang-3" بنجاح وحقق مرة أخرى رقما قياسيا عالميا جديدا

صمم الباحثون طرقًا جديدة للكشف عن الفوتون لإزالة تعدد الإرسال في الزمكان، وقاموا ببناء كاشفات عالية الدقة لشبه الفوتون قابلة للحل، مما يحسن مستوى معالجة الفوتون وتعقيد الحوسبة الكمومية. وفقًا لخوارزمية أخذ العينات الدقيقة الكلاسيكية المثالية المعلن عنها علنًا، فإن سرعة "Jiuzhang-3" في معالجة أخذ عينات Gaussian Bose أعلى بمليون مرة من سرعة الجيل السابق "Jiuzhang-2". إن العينة الأكثر تعقيدًا التي تتم معالجتها بواسطة "Nine Chapter 3" في جزء من مليون من الثانية ستستغرق أقوى كمبيوتر فائق السرعة "Frontier" أكثر من 20 مليار سنة. ويعزز هذا الإنجاز مكانة بلدي الرائدة على المستوى الدولي في مجال الحوسبة الكمومية الضوئية.

△رسم تخطيطي للجهاز التجريبي

الحوسبة الكمومية هي نموذج حوسبة جديد في عصر ما بعد مور. لديها قدرات حوسبة متوازية فائقة السرعة من حيث المبدأ. ومن المتوقع استخدام خوارزميات كمومية محددة لتحقيق تسارع أسي مقارنة بالحواسيب الكلاسيكية في بعض المسائل ذات القيمة الاجتماعية والاقتصادية الكبيرة. لذلك، يعد تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية أحد أكبر التحديات في طليعة العلوم والتكنولوجيا العالمية الحالية.

ولتحقيق هذه الغاية، قام المجتمع الأكاديمي الدولي بصياغة طريق للتنمية من ثلاث خطوات. من بينها، الخطوة الأولى هي تحقيق "التفوق في الحوسبة الكمومية"، أي من خلال التحكم الكمي عالي الدقة لما يقرب من مائة كيوبت، يُظهر حل مشكلات محددة قوة حوسبة لا مثيل لها من قبل أجهزة الكمبيوتر العملاقة. في الوقت نفسه، في هذه العملية، تم تطوير تقنية التحكم الكمي القابلة للتطوير لتوفير أساس تقني لتطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية العالمية ذات القدرات المتسامحة مع الأخطاء.

في عام 2020، نجح فريق جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية في بناء نموذج أولي للحوسبة الكمومية الضوئية "تسعة فصول" مكون من 76 فوتونًا، محققًا "تفوق الحوسبة الكمومية" لنظام بصري دوليًا لأول مرة، وتغلب على الثغرة في تجربة جوجل التي مفادها أن التفوق الكمي يعتمد على عدد العينات. وفي عام 2021، نجح فريق جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية في تطوير نماذج أولية للحوسبة الكمومية "Jiuzhang-2" قابلة للبرمجة بمرحلة 113 فوتونًا و"Zuchong-2" 56 بت، مما يجعل بلدي الدولة الوحيدة التي حققت "التفوق في الحوسبة الكمومية" في كل من مسارات التكنولوجيا البصرية وفائقة التوصيل.

△الوضع التنافسي الدولي للحوسبة الكمومية الضوئية

من خلال سلسلة من الابتكارات، حقق فريق جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية القدرة على معالجة 255 فوتونًا لأول مرة، مما أدى إلى تحسين كبير في تعقيد الحوسبة الكمومية البصرية ومعالجة عينات Gaussian Bose أسرع بمليون مرة من "Jiuzhang-2". وعلى أساس بناء سلسلة "تسعة فصول" من النماذج الأولية للحوسبة الكمومية الضوئية، كشف فريق البحث أيضًا عن العلاقة الرياضية بين أخذ عينات Gaussian Bose ونظرية الرسم البياني، وأكملوا حل نوعين من مشاكل نظرية الرسم البياني ذات القيمة العملية، مثل الرسوم البيانية الفرعية الكثيفة، والتي تعد أسرع بـ 180 مليون مرة من المحاكاة الدقيقة لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. بالإضافة إلى ذلك، فقد أظهر مزايا القياس غير المشروط للدقة الكمومية المتعددة الفوتونات لأول مرة في العالم.