Chinesische Wissenschaftler knacken Weltrekord mit „Jiuzhang 4.0“

Chinesische Wissenschaftler haben einen programmierbaren Quantencomputer-Prototyp namens „Jiuzhang 4.0“ entwickelt, der laut einer am Mittwoch in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlichten Studie einen neuen Weltrekord in der optischen Quanteninformationstechnologie aufgestellt hat.

Unter der Leitung der University of Science and Technology of China (USTC) nutzte das Team den Prototyp, um das Problem des Gaußschen Boson-Samplings mit einer Geschwindigkeit zu lösen, die mehr als zehn hoch 54 Mal so hoch war wie die des weltweit leistungsstärksten Supercomputers, heißt es in der Studie.

Die Forscher gaben an, Quantenzustände von bis zu 3.050 Photonen manipuliert und detektiert zu haben – ein bedeutender Sprung gegenüber den 255 Photonen, die mit dem Vorgängermodell „Jiuzhang 3.0“ erreicht wurden.

Zu den derzeit gängigen technologischen Ansätzen im Bereich des Quantencomputings gehören supraleitende, Ionenfallen-, photonische und neutrale Atomsysteme. Die Prototypen der „Jiuzhang“-Serie kodieren Quantenbits mithilfe von Photonen und führen Quantenberechnungen durch die Manipulation und Messung dieser Photonen durch.

Seit ihrer erfolgreichen Konstruktion im Jahr 2020 wurde die Serie mehrfach verbessert, wodurch ein „Quantenvorteil“ erreicht und wiederholt Weltrekorde aufgestellt wurden.

Lu Chaoyang, Professor an der USTC, erklärte, das Forschungsteam habe eine hocheffiziente optische parametrische Oszillator-Lichtquelle und ein räumlich-zeitlich hybridcodiertes Interferometer entwickelt.

Durch die Integration von 1.024 hocheffizienten optischen Feldern im Squeezed-State-Zustand in einen räumlich-zeitlich hybridcodierten Schaltkreis mit 8.176 Stufen gelang es dem Team, bis zu 3.050 Photonen zu manipulieren und zu detektieren.

„Das bedeutet, dass die komplexeste von ‚Jiuzhang 4.0‘ erzeugte Datensammlung nur 25 Mikrosekunden zur Erzeugung benötigt - weniger als ein Wimpernschlag. Im Gegensatz dazu würde der leistungsstärkste Supercomputer der Welt mehr als zehn hoch 42 Jahre benötigen, um dasselbe Ergebnis zu berechnen“, sagte Lu.

Lu merkte an, dass die Ergebnisse von „Jiuzhang 4.0“ einen großen Sprung in Bezug auf den Umfang und die Komplexität verlustarmer photonischer Quantenprozessoren darstellen und neue Möglichkeiten für den Aufbau von „dreidimensionalen Clustern im Billionen-Qubit-Modus“ sowie zukünftiger „fehlertoleranter optischer Quantenrechner-Hardware“ bieten würden.