Pemproses Kuantum Zuchongzhi 3.0 China: Penanda Aras Baharu dalam Persaingan Kuantum Global

Lompatan Kuantum China: Zuchongzhi 3.0 Mengatasi Superkomputer Global

Dalam perkembangan yang mencetuskan gelombang perhatian dalam komuniti teknologi global, saintis China memperkenalkan pemproses kuantum Zuchongzhi 3.0, sebuah komputer kuantum superkonduktor yang menetapkan piawaian baharu dari segi kelajuan dan kuasa pengiraan. Dengan 105 qubit dan prestasi yang mengatasi superkomputer terpantas di dunia sebanyak satu kuadrilion kali ganda, Zuchongzhi 3.0 menandakan detik penting dalam persaingan antarabangsa untuk mencapai ketuanan kuantum.

Kejayaan ini dicapai oleh pasukan di Universiti Sains dan Teknologi China (USTC) yang diketuai ahli fizik terkenal Pan Jianwei, Zhu Xiaobo dan Peng Chengzhi. Ia bukan sahaja mencabar dominasi gergasi teknologi AS seperti Google, malah menandakan era perubahan besar bagi sains, industri dan keselamatan negara.

Apakah yang Menjadikan Zuchongzhi 3.0 Satu Kejayaan Kuantum?

Teras kejayaan Zuchongzhi 3.0 ialah seni binanya: 105 qubit transmon yang disusun dalam kekisi segi empat tepat berukuran 15 kali 7 dan saling dihubungkan oleh 182 pengganding. Qubit ini dihasilkan menggunakan bahan termaju seperti tantalum, niobium dan aluminium, yang membantu mengurangkan hingar serta meningkatkan kestabilan—dua faktor penting bagi operasi kuantum yang boleh dipercayai.

Prestasi pemproses ini disahkan menggunakan penanda aras yang dikenali sebagai pensampelan litar rawak. Dalam ujian ini, Zuchongzhi 3.0 menyelesaikan tugas pengiraan yang rumit dalam masa beberapa saat sahaja—pencapaian yang dianggarkan mengambil masa 6.4 bilion tahun untuk ditiru oleh Frontier, superkomputer klasik paling berkuasa di dunia. Sebagai perbandingan, pemproses kuantum Sycamore Google, yang mendapat perhatian pada 2019 kerana mencapai ketuanan kuantum, menyelesaikan tugas serupa dalam 200 saat, suatu proses yang ketika itu dianggarkan memerlukan 10,000 tahun pada mesin klasik.

Menurut pasukan penyelidik, ketepatan get satu qubit Zuchongzhi 3.0 ialah 99.90%, manakala ketepatan get dua qubitnya ialah 99.62%, setanding dengan keputusan terbaik yang dicapai oleh cip Willow terbaharu Google. Metrik ini penting kerana mencerminkan keupayaan pemproses untuk melaksanakan operasi kuantum dengan ralat minimum—syarat utama untuk memperbesar skala komputer kuantum bagi kegunaan praktikal.

Ketuanan Kuantum dan Persaingan Global

Ketuanan kuantum, atau kelebihan kuantum, merujuk kepada keadaan apabila komputer kuantum dapat menyelesaikan masalah yang hampir mustahil diselesaikan oleh superkomputer klasik paling canggih sekalipun. Prestasi Zuchongzhi 3.0 dalam pensampelan litar rawak menetapkan penanda aras baharu dalam bidang ini, mengatasi rekod terdahulu Google sebanyak enam tertib magnitud.

Namun, penting untuk diketahui bahawa pensampelan litar rawak ialah tugas yang direka khusus untuk menonjolkan kelebihan komputer kuantum. Walaupun ia menunjukkan kuasa pengiraan mentah pemproses kuantum, pencapaian itu tidak bermakna komputer berkenaan dapat menyelesaikan masalah harian secara langsung. Namun begitu, kejayaan ini merupakan pencapaian penting yang mengesahkan kebolehlaksanaan pengkomputeran kuantum serta mencerminkan peningkatan kekuatan penyelidikan China dalam bidang ini.

Bagaimanakah Zuchongzhi 3.0 Berbanding Willow Google?

Pelancaran Zuchongzhi 3.0 berlaku ketika Google turut memperkenalkan cip superkonduktor 105 qubitnya sendiri, Willow. Kedua-dua cip ini mewakili teknologi perkakasan kuantum paling canggih, namun perbandingan langsung tidak mudah kerana terdapat perbezaan dalam tetapan eksperimen dan metrik prestasi.

Cip Willow Google dilaporkan mengatasi Zuchongzhi 3.0 dalam ukuran kualiti qubit tertentu, seperti masa koheren (T1 dan T2) serta kelewatan get. Namun, eksperimen pensampelan litar rawak Zuchongzhi 3.0 yang menggunakan 83 qubit dalam 32 kitaran mencapai jurang pengiraan yang tidak dapat dirapatkan oleh superkomputer klasik dalam jangka masa yang munasabah. Sementara itu, Willow Google menjalankan eksperimen yang lebih besar dalam masa kurang daripada lima minit, yang akan mengambil masa lebih lama pada perkakasan klasik.

Kedua-dua cip hampir setara dari segi parameter utama seperti kesalinghubungan qubit dan ketepatan get, dan kedua-dua pasukan sedang memperluas batas kemampuan perkakasan kuantum. Persaingan antarabangsa amat sengit, dengan setiap pihak mengiktiraf potensi komersial, saintifik dan ketenteraan teknologi kuantum.

Inovasi Kejuruteraan: Bahan, Seni Bina dan Pembetulan Ralat

Lompatan daripada 66 qubit pada Zuchongzhi 2.1 kepada 105 qubit pada Zuchongzhi 3.0 dimungkinkan oleh beberapa inovasi kejuruteraan. Penggunaan logam berketulenan tinggi seperti tantalum dan niobium, digabungkan dengan teknik fabrikasi termaju seperti ikatan cip flip bonjolan indium, menghasilkan qubit yang lebih stabil dan tepat. Penambahbaikan ini penting untuk mengurangkan ralat kuantum, yang kekal sebagai cabaran utama dalam usaha memperbesar skala komputer kuantum.

Nyahkoheren—kecenderungan qubit kehilangan keadaan kuantumnya akibat gangguan persekitaran—telah lama menjadi penghalang dalam pengkomputeran kuantum. Seni bina Zuchongzhi 3.0, yang merangkumi qubit boleh tala frekuensi dan gandingan topologi, mencapai prestasi nyahkoheren yang lebih baik. Masa relaksasi (T1) pemproses itu mencecah 72 mikrosaat, manakala masa nyahfasa (T2) ialah 58 mikrosaat; kedua-duanya setanding dengan keputusan terbaik di seluruh dunia.

Pembetulan ralat kuantum juga merupakan bidang penyelidikan penting. Zhu Xiaobo, pereka utama Zuchongzhi 3.0, menjelaskan bahawa pasukan itu sedang giat mengusahakan pembetulan ralat kod permukaan, dengan sasaran meningkatkan jarak kod (ukuran kekuatan pembetulan ralat) daripada 7 kepada 9 dan akhirnya 11. Usaha ini membuka jalan kepada komputer kuantum berskala besar dan tahan ralat yang dapat menyelesaikan masalah dunia sebenar dengan andal.

Mengapa Pengkomputeran Kuantum Penting?

Komputer kuantum memanfaatkan prinsip mekanik kuantum—seperti superposisi dan keterikatan—untuk memproses maklumat dengan cara yang asasnya berbeza. Tidak seperti bit klasik yang hanya boleh bernilai 0 atau 1, bit kuantum (qubit) boleh berada dalam beberapa keadaan serentak. Ini membolehkan komputer kuantum meneroka ruang penyelesaian yang luas secara selari, menjadikannya amat sesuai untuk jenis masalah tertentu.

Antara potensi aplikasi pengkomputeran kuantum termasuk:

• Kriptografi: Komputer kuantum berpotensi memecahkan kaedah penyulitan yang digunakan secara meluas, sekali gus mendorong pembangunan algoritma baharu yang tahan terhadap serangan kuantum.
• Penemuan Ubat: Simulasi interaksi molekul pada tahap kuantum boleh mempercepat pembangunan ubat baharu.
• Pengoptimuman: Algoritma kuantum boleh menyelesaikan masalah pengoptimuman rumit dalam logistik, kewangan dan pembuatan dengan jauh lebih cekap berbanding komputer klasik.
• Kecerdasan Buatan: Pembelajaran mesin kuantum berpotensi membawa kemajuan besar dalam pengecaman corak dan analisis data.

Walaupun buat masa ini kebanyakan aplikasi ini masih bersifat teori, setiap kemajuan dalam perkakasan kuantum membawa bidang ini semakin hampir kepada impak praktikal.

Cita-cita Kuantum China dan Implikasi Global

Pelancaran Zuchongzhi 3.0 bukan sekadar pencapaian saintifik—ia merupakan pernyataan cita-cita negara. China dan Amerika Syarikat ialah dua kuasa utama dalam penyelidikan kuantum, dan kedua-duanya melabur besar-besaran dalam bakat, infrastruktur dan aplikasi strategik. Laporan China 2024 Jabatan Pertahanan AS menyoroti pembangunan pesat teknologi kuantum oleh China untuk pelbagai kegunaan, daripada komunikasi selamat hingga sistem radar dan navigasi termaju.

Kemajuan China dalam pengkomputeran kuantum superkonduktor dan fotonik (seperti yang ditunjukkan oleh sistem Jiuzhang) membuktikan komitmennya untuk menguasai pelbagai pendekatan teknikal. Projek Zuchongzhi 3.0, yang diterbitkan dalam jurnal berprestij Physical Review Letters dan dipuji oleh penilai rakan sebaya sebagai peningkatan ketara berbanding peranti terdahulu, mencerminkan strategi negara yang lebih luas untuk menerajui teknologi generasi seterusnya.

Seperti yang dinyatakan seorang pakar,

Kelebihan kuantum merupakan asas penting bagi aplikasi jangka terdekat dan pembetulan ralat kuantum berskala besar, yang kedua-duanya penting untuk masa depan pengkomputeran kuantum praktikal.

Persaingan antarabangsa untuk mencapai kelebihan kuantum bukan sekadar soal prestij saintifik—ia membawa implikasi besar terhadap daya saing ekonomi, keselamatan siber dan juga kekuatan ketenteraan.

Cabaran Mendatang: Kebolehskalaan, Kadar Ralat dan Kegunaan Dunia Sebenar

Walaupun Zuchongzhi 3.0 mencapai kejayaan luar biasa, masih terdapat cabaran besar sebelum komputer kuantum dapat digunakan secara meluas. Meningkatkan bilangan qubit sambil mengekalkan ketepatan tinggi dan kadar ralat rendah merupakan tugas kejuruteraan yang amat sukar. Peningkatan kecil dalam kadar ralat pun boleh menyebabkan pengiraan kuantum tidak boleh dipercayai, terutamanya apabila litar menjadi lebih rumit.

Satu lagi cabaran ialah kaitan praktikal penanda aras kuantum semasa yang masih terhad. Pensampelan litar rawak merupakan bukti konsep yang penting, tetapi kini penyelidik memberi tumpuan kepada pembangunan algoritma kuantum yang boleh menyelesaikan masalah dunia sebenar dalam bidang kimia, sains bahan dan pengoptimuman. Kemajuan dalam algoritma klasik juga boleh merapatkan jurang, seperti yang pernah berlaku selepas dakwaan ketuanan kuantum sebelum ini.

Fasa seterusnya pembangunan perkakasan kuantum akan menumpukan pada pembetulan ralat dan toleransi kesilapan. Hanya dengan mengatasi cabaran ini, komputer kuantum dapat beralih daripada demonstrasi makmal kepada alat praktikal yang mengubah industri.

Pelan Hala Tuju Pengkomputeran Kuantum

Pakar dalam bidang ini telah menggariskan pelan hala tuju tiga peringkat bagi pengkomputeran kuantum:

• Membuktikan Ketuanan Kuantum: Melaksanakan tugas pengiraan yang tidak mampu dilakukan oleh superkomputer klasik (seperti yang telah dicapai Zuchongzhi 3.0).
• Membangunkan Aplikasi Kuantum Praktikal: Membina simulator kuantum dan peranti khusus dengan ratusan qubit yang boleh dikawal untuk menangani masalah dunia sebenar.
• Mencapai Pengkomputeran Kuantum Universal yang Tahan Ralat: Mencipta komputer kuantum boleh atur cara dan serba guna dengan pembetulan ralat yang mantap, yang mungkin hanya dapat dicapai dalam tempoh 10–15 tahun lagi.

Kejayaan Zuchongzhi 3.0 menandakan peralihan daripada peringkat pertama kepada peringkat kedua, dengan penyelidik kini menumpukan perhatian pada pembetulan ralat, kebolehskalaan dan aplikasi praktikal.

Pandangan Pakar dan Reaksi Global

Komuniti saintifik menyambut baik pelancaran Zuchongzhi 3.0. Penilai rakan sebaya menyifatkan penyelidikan itu sebagai “penanda aras bagi sebuah komputer kuantum superkonduktor baharu dengan prestasi terkini.” Media dan penganalisis teknologi menyoroti potensi pemproses itu untuk mengubah pelbagai bidang seperti kriptografi, penemuan ubat dan kecerdasan buatan.

Namun, pencapaian itu turut menimbulkan kebimbangan dalam kalangan pemerhati antarabangsa, khususnya di Amerika Syarikat. Seperti yang dinyatakan dalam satu laporan,

Pelancaran pemproses kuantum Zuchongzhi 3.0 oleh China merupakan lonjakan besar dalam pengkomputeran kuantum dan mencabar pemain mapan seperti cip Willow Google.

Dengan China dan AS bersaing untuk mencapai kelebihan kuantum praktikal, taruhannya tinggi—bukan sahaja bagi kemajuan saintifik, malah juga bagi ekonomi dan keselamatan negara.

Kesimpulan

• Pemproses kuantum Zuchongzhi 3.0 China dengan 105 qubit menetapkan penanda aras baharu dalam kelebihan pengiraan kuantum, mengatasi superkomputer terpantas di dunia sebanyak satu kuadrilion kali ganda.
• Seni bina dan inovasi kejuruteraan pemproses itu membolehkannya mencapai ketepatan dan kestabilan tinggi, yang penting untuk memperbesar skala komputer kuantum.
• Prestasi Zuchongzhi 3.0 dalam pensampelan litar rawak mengatasi Sycamore Google dan setanding dengan cip Willow terbaharu Google.
• Pencapaian ini merupakan detik penting dalam persaingan global untuk mencapai ketuanan kuantum, dengan China dan AS sebagai pesaing utama.
• Cabaran masih wujud dalam pembetulan ralat, kebolehskalaan dan pembangunan aplikasi kuantum praktikal, namun Zuchongzhi 3.0 membawa bidang ini semakin hampir kepada impak dunia sebenar.
• Implikasi antarabangsa pengkomputeran kuantum amat besar, melibatkan sains, industri dan keselamatan negara.