Onderzoek aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China (USTC) ontwikkelt geavanceerde superconducterende quantumprocessor Zuchongzhi-3
Een ongekende vooruitgang in quantumcomputers
Het team van de USTC, in samenwerking met de Chinese Academie van Wetenschappen, heeft een cruciale stap gezet in de onderzoek naar random quantum circuits met de lancering van de Zuchongzhi-3. Deze processor opereert met een snelheid die 10¹ⵠkeer hoger is dan die van ’s werelds krachtigste supercomputer en is een miljoen keer sneller dan de recentste resultaten van Google. Dit betekent een aanzienlijke stap voorwaarts in de race voor quantumoverheersing en verstevigt China’s positie als leider in quantumcomputing.
De ontwikkeling van de Zuchongzhi-3 volgt op zijn voorgangers, Zuchongzhi-2 en Jiuzhang-3, en toont aan dat het Aziatische land in staat is om te concurreren met technologiegiganten zoals Google, IBM en Microsoft. De bevindingen van dit onderzoek zijn gepubliceerd in Physical Review Letters, wat de impact van deze doorbraak in het veld van quantumcomputing onderstreept.
China daagt Google uit op het gebied van quantumoverheersing
Sinds Google in 2019 de eerste demonstratie van quantumoverheersing bereikte met zijn 53-cubit Sycamore-processor, is de vooruitgang op het gebied van quantumcomputing exponentieel toegenomen. Destijds voltooide het Google-team een taak in 200 seconden, een proces dat in een klassieke supercomputer 10.000 jaar zou hebben geduurd.
In 2023 betwistten onderzoekers van de USTC deze bewering echter door efficiëntere klassieke algoritmes te ontwikkelen, waarmee dezelfde taak in slechts 14 seconden werd uitgevoerd met meer dan 1.400 NVIDIA A100 GPU’s. Met de komst van supercomputers zoals Frontier is deze tijd gereduceerd tot 1,6 seconden, wat opnieuw vraagtekens plaatst bij het concept van quantumoverheersing.
Desondanks behaalde het Chinese team in 2020 al de eerste strikte demonstratie van quantumoverheersing met hun fotonische prototype Jiuzhang. In 2021 herhaalden ze deze prestatie met de Zuchongzhi-2, en in 2023 overtrof de Jiuzhang-3 met 255 fotonen klassieke supercomputers met maar liefst 10¹ⶠordes van magnitude.
Zuchongzhi-3: Een nieuwe referentie in quantumverwerking
De Zuchongzhi-3 vertegenwoordigt een kwalitatieve sprong in superconducterende quantumcomputing. Met zijn 105 cubits en 182 koppelaars heeft het een unieke voordeel bij het uitvoeren van grootschalige quantumberekeningen. Enkele van zijn belangrijkste kenmerken zijn:
- Coherentie tijd: 72 μs
- Eén-cubit poortnauwkeurigheid: 99,90%
- Twee-cubit poortnauwkeurigheid: 99,62%
- Gelijktijdige leesnauwkeurigheid: 99,13%
De verhoogde stabiliteit en nauwkeurigheid van de cubits stellen de Zuchongzhi-3 in staat om complexe berekeningen met ongekende precisie uit te voeren. Om de prestaties te evalueren voerden onderzoekers een taak van random circuit sampling uit met 83 cubits en 32 lagen, wat resulteerde in een rekensnelheid van 10¹ⵠkeer sneller dan de krachtigste supercomputer ter wereld en zes ordes van grootte boven de recentste resultaten van Google.
Op weg naar grootschalige quantumcomputing
Het team van de USTC heeft niet alleen quantumoverheersing met de Zuchongzhi-3 bereikt, maar werkt ook aan cruciale gebieden voor de toekomst van quantumcomputing, waaronder:
- Quantumfoutcorrectie
- Quantumverstrengeling
- Quantum simulatie
- Toepassingen in quantumchemie
Daarnaast hebben onderzoekers een oppervlaktecode van afstand-7 geïntegreerd, met plannen om deze uit te breiden naar afstanden van 9 en 11, wat een betere foutcorrectie en preciezere manipulatie van de cubits mogelijk zal maken.
De wetenschappelijke gemeenschap heeft deze vooruitgang geprezen en de Zuchongzhi-3 beschreven als "een nieuwe referentie in superconducterende quantumcomputing". Het prestigieuze tijdschrift Physics Magazine heeft deze mijlpaal uitgelicht in een speciaal artikel, dat de impact op de evolutie van quantumcomputing benadrukt.
De toekomst van quantumcomputing in China
China blijft zich profileren als een leider in quantumonderzoek, waarmee het de dominantie van de VS in dit veld uitdaagt. Investeringen in quantumcomputing zijn een strategische prioriteit geworden voor de Chinese overheid, met als doel disruptieve vooruitgang te behalen op het gebied van kunstmatige intelligentie, cryptografie en materiaalsimulaties.
Met de lancering van de Zuchongzhi-3 bevestigt China niet alleen zijn leiderschap in quantumcomputing, maar legt het ook de basis voor de volgende generatie superconducterende quantumprocessoren. In de komende jaren zal de concurrentie tussen China en de VS op dit gebied intensiveren, met significante implicaties voor de toekomst van quantumtechnologie en haar impact op verschillende industrieën.
Bron: CAS