دانشمندان چینی ادعا می‌کنند که سریع‌ترین رایانه کوانتومی برنامه‌پذیر جهان را ساخته‌اند که به نظر می‌رسد مسائلی را که در حال حاضر برای رایانه‌های غیر کوانتومی «کلاسیک» امکان پذیر نیست، برطرف می‌کند.

پژوهشگران دانشگاه علم و فناوری چین «یواس‌تی‌سی» (USTC) به سرپرستی پان جیانوی می‌گویند که یکی از این دستگاه‌های محاسباتی کوانتومی -زوچانژی ۲.۱ (Zuchongzhi 2.1)- یک میلیون بار از نزدیک‌ترین رقیب خود، سیکامور گوگل، قدرتمندتر است.

دانشمندان می‌گویند سرعت این رایانه کوانتومی قابل برنامه‌نویسی ابررسانا که به نام یک ریاضیدان قرن پنجم نامگذاری شده، ۱۰ میلیون برابر از سریع‌ترین ابررایانه جهان بیشتر است. 

فیزیک‌دانان در پژوهش دیگری که روز دوشنبه در مجله «فیزیکال ریویو لترز» (Physical Review Letters) منتشر شد، یادآور شدند که علاوه بر این، رایانه کوانتومی فوتونیک بر پایه نور آن‌ها -جیوژانگ۲ (Jiuzhang 2)- قادر است محاسبات را ۱۰۰ تریلیون برابر سریع‌تر از سریع‌ترین ابررایانه موجود جهان انجام دهد.

پایه‌ای‌ترین واحد اطلاعات در رایانه‌های معمولی یک بیت است و داده‌ها اصولا در قالب کدهای باینری ۰ و ۱ ذخیره می‌شوند. از دیگر سو، رایانه‌‌های کوانتومی با استفاده از ویژگی‌های خاص کوچک‌‌ترین ذرات جهان، می‌‌توانند در چندین حالت وجود داشته باشند؛ به صورت هم‌زمان هم در حالت ۰ و هم در حالت ۱ یا در هر حالتی بین آن‌ها. 

دانشمندان می‌گویند این انعطاف‌پذیری ذرات کوانتومی امکان [استفاده از] بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت را فراهم می‌کند که با استفاده از آن‌ها می‌توان هم‌زمان بسیاری از محاسبات مختلف را انجام داد. با وجود آنکه برای دستیابی به محاسبات کوانتومی رویکردهای بسیاری وجود دارد، گروه تحقیقاتی چینی دو دستگاه مختلف ساخته است؛ یکی رایانه‌های کوانتومی فوتونیکی بر پایه نور و دیگری یک رایانه کوانتومی ابررسانا که برای اینکه به طور بهینه کار کند، باید در دمای بسیار پایین نگهداری شود.

در رایانه‌های کوانتومی فوتونیک، فوتون‌‌ها، واحدهای انرژی نور، با آینه‌‌ها، تقسیم‌‌کننده‌های پرتو و تغییردهنده‌های فاز دستکاری می‌‌شوند؛ در حالی که در دومین [نوع رایانه کوانتومی]، وضعیت کیوبیت‌ها با استفاده از یک میدان الکترومغناطیسی دستکاری می‌‌شود.

این دستکاری‌ها کارهایی را روی فوتون‌ها انجام می‌دهد که شبیه به افزودن ۰ و ۱ها در رایانه‌های کلاسیک است و آشکارسازهای تک فوتون به خواندن تغییراتی که فوتون‌ها پشت سر گذاشته‌اند، کمک می‌‌کنند.

شالوده مشترک در هر دو نوع این رایانه‌های کوانتومی این است که آن‌ها چندین حالت کوانتومی را به عنوان ورودی می‌پذیرند؛ حالت‌‌ها را از طریق مداری طی می‌‌کنند و حالت‌های متعددی را به عنوان خروجی تحویل می‌دهند.

دانشمندان می‌گویند برای نمونه تک فوتون‌ها در رایانه‌‌های کوانتومی فوتونیک، به موازات یک مدار نوری به‌ عنوان ورودی وارد می‌شوند که در آن اجزایی همچون تقسیم‌‌کننده‌های پرتو تداخل فوتون‌ها و تغییر حالت‌های آن‌ها را سبب می‌شود و [در نتیجه] این [تک فوتون‌ها] از درگاه‌های خروجی چندگانه خارج می‌شوند.

دانشمندان در آزمایش‌ها از این دو رایانه کوانتومی استفاده کردند تا محاسبه کنند یک وضعیت معین ورودی با چه احتمالی ممکن است به یک وضعیت خروجی خاص منجر شود. 

دانشمندان می‌گویند از آنجا که این مدارها ده‌ها ورودی و خروجی دارند، چنین محاسبات احتمالی برای رایانه‌های کلاسیک ناممکن است. اما به گفته آن‌ها، در هر دو رایانه فوتونیک و ابررسانای کوانتومی، ماهیت کوانتومی این دستگاه‌ها به افزایش موازی تعداد محاسبات کمک می‌کند و چنین محاسبات احتمالی را امکان‌پذیر می‌کند. با وجود آنکه انتظار نمی‌رود این دستگاه‌ها به‌کلی جایگزین رایانه‌های کلاسیک شوند، این رایانه‌ها می‌توانند محاسبات به‌خصوصی را در مدت زمان‌های کوتاه، انجام دهند. 

پان و تیم تحقیقاتی او نشان دادند که برای دستگاه آن‌ها که ۱۰۴۳ خروجی ممکن دارد، رایانه کوانتومی فوتونیک آن‌ها می‌تواند خروجی را ۱۰۲۴ بار سریع‌تر از ابررایانه‌های کلاسیک نشان دهد یک بهینه‌سازی در نتایج در مقایسه با دستاورد ماه دسامبر این تیم تحقیقاتی که آن را ۱۰۱۴ بار سریع‌تر انجام می‌داد.

دانشمندان همچنین می‌گویند که محاسبات نمونه آن‌ها با استفاده از رایانه کوانتومی ابررسانا در رایانه‌های کلاسیک، حدود هزار مرتبه دشوارتر است. 

دانشمندان در این مقاله نوشته‌اند: «برآورد ما این است که عمل نمونه‌گیری که زوچانژی آن را در حدود ۱.۲ ساعت به پایان رساند، با قدرتمندترین ابررایانه‌ها دست‌کم ۸ سال طول می‌کشد.»

بری سندرز، مدیر موسسه علوم و فناوری کوانتومی دانشگاه کلگری کانادا که در این بررسی مشارکت نداشته است، در یک گزارش مرتبط می‌گوید که این دو رایانه کوانتومی آزمایشی «از پس دشوارترین مسائل حال حاضر برمی آیند».

ژو زیابو، یکی از نویسندگان مقاله، به خبرگزاری دولتی چین گفت: «این نشان می‌دهد که پژوهش ما به مرحله دوم خود وارد شده است تا آغازی باشد بر تحقق محاسبات کوانتومی خطاپذیر و کاربرد قریب الوقوع آن از جمله در یادگیری ماشینی کوانتومی و شیمی کوانتومی.»