Quantum Processor na Zuchongzhi 3.0 ng China: Bagong Pamantayan sa Pandaigdigang Karera sa Quantum

Quantum Leap ng China: Nahigitan ng Zuchongzhi 3.0 ang mga Supercomputer sa Buong Mundo

Nagdulot ng malaking epekto sa pandaigdigang komunidad ng teknolohiya ang pagbubunyag ng mga siyentipikong Tsino sa Zuchongzhi 3.0 quantum processor—isang superconducting quantum computer na nagtatakda ng bagong pamantayan sa bilis at lakas ng pagkukuwenta. Taglay ang 105 qubit at pagganap na isang quadrilyong ulit na mas mabilis kaysa sa pinakamabilis na supercomputer sa mundo, mahalagang yugto ang Zuchongzhi 3.0 sa pandaigdigang karera para sa quantum supremacy.

Isinagawa ang pambihirang tagumpay na ito ng isang pangkat sa University of Science and Technology of China (USTC), sa pamumuno ng mga kilalang physicist na sina Pan Jianwei, Zhu Xiaobo, at Peng Chengzhi. Hindi lamang nito hinahamon ang pangingibabaw ng mga higanteng tech sa U.S. gaya ng Google, kundi hudyat din ito ng pagbabagong-panahong makaaapekto sa agham, industriya, at pambansang seguridad.

Ano ang Nagiging Dahilan para Maging Pambihirang Tagumpay sa Quantum ang Zuchongzhi 3.0?

Nasa arkitektura nito ang susi sa tagumpay ng Zuchongzhi 3.0: 105 transmon qubit na nakaayos sa parihabang grid na may 15 hilera at 7 kolum, at pinag-uugnay ng 182 coupler. Ginawa ang mga qubit na ito gamit ang mga makabagong materyal tulad ng tantalum, niobium, at aluminum, na nakatutulong magpababa ng ingay at magpahusay ng katatagan—dalawang mahalagang salik para sa maaasahang operasyon ng quantum.

Sinuri ang pagganap ng processor gamit ang isang benchmark na tinatawag na random circuit sampling. Sa pagsusulit na ito, natapos ng Zuchongzhi 3.0 ang isang masalimuot na gawaing pangkuwenta sa loob lamang ng ilang segundo—isang bagay na tinatayang aabutin ng 6.4 bilyong taon para magawa ng pinakamakapangyarihang classical supercomputer sa mundo, ang Frontier. Bilang paghahambing, natapos ng Sycamore quantum processor ng Google, na naging tampok sa balita noong 2019 dahil nakamit nito ang quantum supremacy, ang katulad na gawain sa loob ng 200 segundo. Noon, inakalang aabutin ito ng 10,000 taon sa isang classical na makina.

Ayon sa pangkat ng pananaliksik, 99.90% ang single-qubit gate fidelity ng Zuchongzhi 3.0, at 99.62% naman ang two-qubit gate fidelity nito—mga resultang maihahambing sa pinakamahusay na nakamit ng pinakabagong Willow chip ng Google. Mahalaga ang mga sukatan na ito dahil ipinakikita ng mga ito ang kakayahan ng processor na magsagawa ng mga operasyon ng quantum nang kaunti ang pagkakamali—isang pangunahing rekisito para mapalawak ang mga quantum computer at magamit sa praktikal na paraan.

Quantum Supremacy at ang Pandaigdigang Karera

Tumutukoy ang quantum supremacy, o quantum advantage, sa puntong kayang lutasin ng isang quantum computer ang problemang halos imposibleng lutasin ng kahit pinakamodernong classical supercomputer. Nagtatakda ng bagong pamantayan sa larangang ito ang pagganap ng Zuchongzhi 3.0 sa random circuit sampling, at nahihigitan nito nang anim na order of magnitude ang mga naunang rekord ng Google.

Gayunman, mahalagang tandaan na sadyang idinisenyo ang random circuit sampling upang ipakita ang mga kalakasan ng quantum computer. Bagaman naipakikita nito ang hilaw na lakas sa pagkukuwenta ng mga quantum processor, hindi ito tuwirang nangangahulugang kaya nitong lutasin ang mga pang-araw-araw na problema. Gayunpaman, mahalagang palatandaan ang tagumpay na ito na nagpapatunay sa pagiging posible ng quantum computing at nagpapakita sa lumalakas na kakayahan ng China sa pananaliksik sa larangang ito.

Paano Maihahambing ang Zuchongzhi 3.0 sa Willow ng Google?

Inilantad ang Zuchongzhi 3.0 sa panahong ipinakilala rin ng Google ang sarili nitong 105-qubit superconducting chip na Willow. Kapwa kumakatawan ang dalawang chip sa pinakahangganan ng quantum hardware, ngunit masalimuot ang tuwirang paghahambing dahil sa pagkakaiba ng mga eksperimental na setup at sukatan ng pagganap.

Ayon sa mga ulat, mas mahusay ang Willow chip ng Google kaysa sa Zuchongzhi 3.0 sa ilang sukatan ng kalidad ng qubit, gaya ng mga coherence time (T1 at T2) at gate delay. Gayunman, sa eksperimento nito sa random circuit sampling, gumamit ang Zuchongzhi 3.0 ng 83 qubit sa loob ng 32 cycle at nakamit ang agwat sa kakayahan ng pagkukuwenta na hindi kayang punan ng mga classical supercomputer sa anumang makatuwirang haba ng panahon. Samantala, nagsagawa ang Willow ng mas malaking eksperimento sa loob ng wala pang limang minuto, na mas matagal pang matatapos gamit ang classical hardware.

Magkalapit ang dalawang chip sa mahahalagang parameter gaya ng pagkakakonektang pang-qubit at gate fidelity, at itinutulak ng dalawang pangkat ang mga hangganan ng kakayahan ng quantum hardware. Matindi ang pandaigdigang kompetisyon, at kinikilala ng magkabilang panig ang potensyal ng teknolohiyang quantum sa komersiyo, agham, at militar.

Mga Inobasyon sa Engineering: Mga Materyal, Arkitektura, at Pagwawasto ng Error

Naging posible ang pag-angat mula sa 66 qubit ng Zuchongzhi 2.1 tungo sa 105 qubit ng Zuchongzhi 3.0 dahil sa ilang inobasyon sa engineering. Dahil sa paggamit ng mga metal na may mataas na antas ng kadalisayan, gaya ng tantalum at niobium, kasabay ng mga makabagong pamamaraan sa paggawa tulad ng indium bump flip-chip bonding, naging mas matatag at mas tumpak ang mga qubit. Mahalaga ang mga pagpapahusay na ito upang mabawasan ang mga error sa quantum, na nananatiling malaking hamon sa pagpapalawak ng mga quantum computer.

Matagal nang hadlang sa quantum computing ang decoherence—ang tendensiya ng mga qubit na mawala ang kanilang quantum state dahil sa panghihimasok ng kapaligiran. Dahil sa arkitektura ng Zuchongzhi 3.0, na kinabibilangan ng mga qubit na naiaakma ang frequency at topological coupling, nakamit nito ang higit na mahusay na pagganap laban sa decoherence. Umabot sa 72 microsecond ang relaxation time (T1) ng processor at 58 microsecond naman ang dephasing time (T2), kapwa maihahambing sa pinakamahuhusay na resulta sa buong mundo.

Isa pang mahalagang larangan ng pananaliksik ang quantum error correction. Ipinaliwanag ni Zhu Xiaobo, punong disenyador ng Zuchongzhi 3.0, na aktibong gumagawa ang pangkat sa pagwawasto ng error gamit ang surface code. Layunin nilang itaas ang code distance (sukat ng lakas ng pagwawasto ng error) mula 7 tungo sa 9 at kalaunan ay 11. Nagbibigay-daan ang mga pagsisikap na ito sa pagbuo ng malakihan at fault-tolerant na mga quantum computer na maaasahang makalulutas ng mga problema sa totoong mundo.

Bakit Mahalaga ang Quantum Computing?

Ginagamit ng mga quantum computer ang mga prinsipyo ng quantum mechanics—gaya ng superposition at entanglement—upang magproseso ng impormasyon sa panibagong paraan. Di-gaya ng mga classical bit na maaaring 0 o 1 lamang, maaaring umiral ang mga quantum bit (qubit) sa maraming estado nang sabay-sabay. Dahil dito, kayang siyasatin ng mga quantum computer ang napakalawak na hanay ng mga posibleng solusyon nang magkakasabay, kaya natatangi ang kakayahan ng mga ito sa ilang uri ng problema.

Kabilang sa mga posibleng aplikasyon ng quantum computing ang:

• Cryptography: Maaaring mabasag ng mga quantum computer ang malawakang ginagamit na mga paraan ng pag-encrypt, kaya kakailanganing bumuo ng mga bagong algorithm na panlaban sa quantum.
• Pagtuklas ng Gamot: Maaaring mapabilis ang pagbuo ng mga bagong gamot sa pamamagitan ng pagsasagawa ng simulasyon sa mga ugnayan ng mga molecule sa antas ng quantum.
• Optimization: Maaaring lutasin ng mga quantum algorithm ang masalimuot na problema sa optimization sa logistics, pananalapi, at pagmamanupaktura nang mas mahusay kaysa sa mga classical computer.
• Artificial Intelligence: Maaaring magbigay-daan ang quantum machine learning sa mga pagsulong sa pagkilala ng mga pattern at pagsusuri ng datos.

Karamihan sa mga aplikasyong ito ay nananatiling teoretikal sa ngayon, ngunit sa bawat pagsulong sa quantum hardware ay papalapit ang larangan sa praktikal na paggamit.

Mga Ambisyon ng China sa Quantum at ang mga Pandaigdigang Implikasyon

Hindi lamang mahalagang tagumpay sa agham ang pagbubunyag sa Zuchongzhi 3.0—pahayag din ito ng pambansang ambisyon. Nangunguna sa pananaliksik sa quantum ang China at Estados Unidos, at kapwa malaki ang inilalagak ng mga ito sa talento, imprastraktura, at mga estratehikong aplikasyon. Itinatampok sa 2024 China Report ng U.S. Department of Defense ang masiglang pagpapaunlad ng China sa teknolohiyang quantum para sa mga gamit mula sa ligtas na komunikasyon hanggang sa mga makabagong sistema ng radar at nabigasyon.

Ipinakikita ng pag-unlad ng China sa superconducting at photonic quantum computing—gaya ng sistemang Jiuzhang—ang hangarin nitong makabisado ang maraming teknikal na pamamaraan. Inilathala ang proyekto ng Zuchongzhi 3.0 sa prestihiyosong journal na Physical Review Letters, at pinuri ito ng mga tagasuri bilang malaking pag-unlad kumpara sa mga naunang device. Sumasalamin ito sa mas malawak na pambansang estratehiya upang manguna sa mga teknolohiya ng susunod na henerasyon.

Ayon sa isang eksperto,

Mahalagang pundasyon ang quantum advantage para sa mga aplikasyong malapit nang magamit at sa scalable quantum error correction. Pareho itong mahalaga sa kinabukasan ng praktikal na quantum computing.

Higit pa sa prestihiyo sa agham ang nakataya sa pandaigdigang karera para sa quantum advantage—may malalim itong implikasyon sa pagiging mapagkumpitensya ng ekonomiya, cybersecurity, at maging sa kapangyarihang militar.

Mga Hamon sa Hinaharap: Pagpapalawak, Antas ng Error, at Paggamit sa Totoong Mundo

Sa kabila ng kahanga-hangang mga tagumpay ng Zuchongzhi 3.0, nananatili ang malalaking hamon bago malawakang magamit ang mga quantum computer. Mahirap na gawaing pang-engineering ang pagpaparami ng mga qubit habang napapanatili ang mataas na fidelity at mababang antas ng error. Kahit bahagyang pagtaas lang ng mga error ay maaaring magdulot ng hindi pagiging maaasahan ng mga quantum computation, lalo na habang nagiging mas masalimuot ang mga circuit.

Isa pang hamon ang limitadong praktikal na kaugnayan ng mga kasalukuyang benchmark sa quantum. Mahalagang patunay ng konsepto ang random circuit sampling, ngunit nakatuon na ngayon ang mga mananaliksik sa pagbuo ng mga quantum algorithm na makalulutas ng mga problema sa totoong mundo sa chemistry, agham ng mga materyal, at optimization. Maaari ring paliitin ng mga pagsulong sa classical algorithm ang agwat, gaya ng ipinakita sa mga naunang pahayag ng pagkamit ng quantum supremacy.

Bibigyang-diin sa susunod na yugto ng pagbuo ng quantum hardware ang error correction at fault tolerance. Malalampasan lamang ng mga quantum computer ang yugto ng demonstrasyon sa laboratoryo at magiging praktikal na kasangkapan na makapagbabago sa mga industriya kung malulutas ang mga hamong ito.

Roadmap para sa Quantum Computing

Naglatag ang mga eksperto sa larangan ng tatlong-yugtong roadmap para sa quantum computing:

• Patunayan ang Quantum Supremacy: Magsagawa ng mga gawaing pangkuwenta na hindi kayang gawin ng mga classical supercomputer (gaya ng nagawa ng Zuchongzhi 3.0).
• Bumuo ng mga Praktikal na Aplikasyon ng Quantum: Gumawa ng mga quantum simulator at espesyalisadong device na may daan-daang nakokontrol na qubit upang lutasin ang mga problema sa totoong mundo.
• Makamit ang Universal Fault-Tolerant Quantum Computing: Lumikha ng mga programmable at pangkalahatang-gamit na quantum computer na may matatag na pagwawasto ng error; maaaring abutin pa ito ng 10–15 taon.

Marka ng tagumpay ng Zuchongzhi 3.0 ang paglipat mula sa unang yugto tungo sa ikalawa, at nakatuon na ngayon ang mga mananaliksik sa pagwawasto ng error, pagpapalawak, at mga praktikal na aplikasyon.

Mga Pananaw ng Eksperto at Reaksiyon sa Buong Mundo

Masiglang tinanggap ng komunidad ng agham ang pagbubunyag sa Zuchongzhi 3.0. Inilarawan ng mga tagasuri ang pananaliksik bilang “pagtatakda ng benchmark para sa isang bagong superconducting quantum computer na may pinakabagong antas ng pagganap.” Itinampok ng mga media outlet at analyst sa teknolohiya ang potensyal ng processor na baguhin ang mga larangang kasinglawak ng cryptography, pagtuklas ng gamot, at artificial intelligence.

Gayunman, nagdulot din ang tagumpay na ito ng pangamba sa mga tagamasid sa ibang bansa, lalo na sa Estados Unidos. Gaya ng binanggit sa isang ulat,

Malaking pagsulong sa quantum computing ang pagbubunyag ng China sa Zuchongzhi 3.0 quantum processor, at malaking hamon ito sa mga matatag nang nangunguna gaya ng Willow chip ng Google.

Habang nag-uunahan ang China at U.S. upang makamit ang praktikal na quantum advantage, malaki ang nakataya—hindi lamang para sa pag-unlad ng agham kundi para rin sa ekonomiya at pambansang seguridad.

Buod

• Nagtatakda ng bagong pamantayan sa quantum computational advantage ang Zuchongzhi 3.0 quantum processor ng China na may 105 qubit, at isang quadrilyong ulit itong mas mahusay kaysa sa pinakamabilis na supercomputer sa mundo.
• Dahil sa arkitektura at mga inobasyon sa engineering ng processor, nagkakaroon ito ng mataas na fidelity at katatagan na mahalaga sa pagpapalawak ng mga quantum computer.
• Nahihigitan ng pagganap ng Zuchongzhi 3.0 sa random circuit sampling ang Sycamore ng Google at maihahambing ito sa pinakabagong Willow chip ng Google.
• Mahalagang yugto ang tagumpay na ito sa pandaigdigang karera para sa quantum supremacy, kung saan nangungunang magkaribal ang China at U.S.
• Nananatili ang mga hamon sa pagwawasto ng error, pagpapalawak, at pagbuo ng mga praktikal na aplikasyon ng quantum, ngunit inilalapit ng Zuchongzhi 3.0 ang larangan sa paggamit sa totoong mundo.
• Malalim ang mga pandaigdigang implikasyon ng quantum computing, at nakaaapekto ito sa agham, industriya, at pambansang seguridad.