Cip Kuantum Zuchongzhi 3.0 China: Penanda Aras Baharu dalam Persaingan Global untuk Ketuanan Kuantum

Cip Kuantum Zuchongzhi 3.0 China: Penanda Aras Baharu dalam Persaingan Global untuk Ketuanan Kuantum

Dalam perkembangan yang mencetuskan gelombang dalam sektor teknologi global, saintis China memperkenalkan pemproses kuantum Zuchongzhi 3.0, cip superkonduktor 105-qubit yang mendakwa mampu mengatasi superkomputer terpantas di dunia sebanyak satu kuadrilion kali. Kejayaan yang dicapai oleh pasukan di Universiti Sains dan Teknologi China (USTC) ini menandakan detik penting dalam persaingan antarabangsa untuk ketuanan kuantum, mencabar dominasi gergasi teknologi AS seperti Google dan menarik perhatian mendalam daripada kerajaan, peneraju industri serta penyelidik di seluruh dunia.

Apakah yang Menjadikan Zuchongzhi 3.0 Begitu Revolusioner?

Pemproses Zuchongzhi 3.0 menonjol dari segi skala, kelajuan dan kecanggihan kejuruteraan. Cip ini mempunyai 105 qubit transmon, iaitu bit kuantum yang berfungsi sebagai unit asas maklumat dalam komputer kuantum, disusun dalam kekisi segi empat tepat berukuran 15 kali 7. Qubit ini diperbuat daripada bahan termaju seperti tantalum, niobium dan aluminium, yang membantu mengurangkan hingar dan meningkatkan kestabilan, dua faktor penting untuk pengiraan kuantum yang boleh dipercayai.

Qubit superkonduktor seperti yang digunakan dalam Zuchongzhi 3.0 perlu mengekalkan keadaan kuantumnya (sifat yang dikenali sebagai koheren) cukup lama untuk melakukan pengiraan kompleks. Cip baharu ini mempunyai masa koheren sehingga 72 mikrosaat dan masa penyahfasa 58 mikrosaat, kedua-duanya dianggap bertaraf dunia. Penambahbaikan ini terhasil daripada kejuruteraan teliti, termasuk reka bentuk qubit yang dioptimumkan, kaedah fabrikasi yang dipertingkatkan serta penggunaan proses cip terbalik bonjolan indium untuk mengikat komponen dengan ketepatan tinggi dan pencemaran minimum.

Ketepatan gerbang, iaitu ukuran ketepatan pelaksanaan operasi kuantum, turut mencapai tahap baharu. Zuchongzhi 3.0 mencapai ketepatan gerbang qubit tunggal sebanyak 99.90% dan gerbang dua qubit sebanyak 99.62%, ukuran yang setanding malah mengatasi cip kuantum terbaharu Google.

Seberapa Pantas Zuchongzhi 3.0 Berbanding Pesaingnya?

Dakwaan Zuchongzhi 3.0 yang paling menarik perhatian ialah prestasinya dalam penanda aras pensampelan litar rawak (RCS). Ujian ini, yang direka untuk mempamerkan kelebihan pengiraan kuantum, melibatkan pelaksanaan urutan operasi kuantum yang kompleks dan pengukuran taburan output yang terhasil, iaitu tugas yang dengan cepat menjadi mustahil untuk dilakukan oleh superkomputer klasik apabila bilangan qubit dan kedalaman litar meningkat.

Dalam eksperimen baru-baru ini, Zuchongzhi 3.0 menyelesaikan tugas RCS 83-qubit, 32 kitaran dalam masa beberapa ratus saat sahaja. Menurut anggaran, simulasi tugas yang sama pada superkomputer klasik terpantas di dunia, Frontier, akan mengambil masa kira-kira 6.4 bilion tahun. Sebagai perbandingan, cip Sycamore Google, yang mendapat perhatian pada 2019 kerana mencapai “ketuanan kuantum”, melaksanakan tugas serupa dalam 200 saat, yang menurut Google akan mengambil masa 10,000 tahun untuk dilakukan komputer klasik. Lonjakan Zuchongzhi 3.0 bukan sekadar peningkatan beransur-ansur; ia bersifat eksponen, melebarkan jurang pengiraan sebanyak enam tertib magnitud.

Cip Willow terbaharu Google, yang juga peranti 105-qubit, mencapai pencapaian serupa, dengan dakwaan bahawa simulasi eksperimen RCS-nya akan mengambil masa 10²⁵ tahun menggunakan superkomputer klasik. Namun, perbandingan langsung menjadi rumit kerana perbezaan dalam susunan eksperimen dan kerumitan litar. Walau bagaimanapun, pakar umumnya bersetuju bahawa Zuchongzhi 3.0 dan Willow kini berada di barisan hadapan perkakasan kuantum, dengan kedua-duanya mengembangkan batas kemampuan teknologi.

Inovasi Kejuruteraan: Teras Kejayaan

Peralihan daripada 66 qubit Zuchongzhi 2.0 kepada 105 qubit Zuchongzhi 3.0 bukan sekadar soal menambah skala. Ia memerlukan beberapa kejayaan kejuruteraan:

• Sains Bahan: Penggunaan tantalum, niobium dan aluminium dalam pembinaan qubit mengurangkan hingar dan meningkatkan masa koheren, sekali gus membolehkan pengiraan yang lebih lama dan kompleks.
• Pengikatan Cip Terbalik: Proses cip terbalik bonjolan indium membolehkan penjajaran tepat dan penyepaduan dua cip nilam, setiap satunya mengandungi sebahagian daripada susunan qubit. Kaedah ini meminimumkan pencemaran dan meningkatkan integriti isyarat.
• Reka Bentuk Qubit Dioptimumkan: Kemajuan dalam reka bentuk pad kapasitor, parameter simpang Josephson dan susun atur pendawaian telah mengurangkan kadar ralat serta meningkatkan kestabilan.
• Operasi Berketepatan Tinggi: Mencapai ketepatan gerbang melebihi 99.9% penting untuk pengkomputeran kuantum praktikal kerana ralat kecil pun boleh terkumpul dengan cepat dalam litar besar.

Inovasi ini membolehkan Zuchongzhi 3.0 mencapai ketepatan operasi dan kadar ralat yang menetapkan piawaian industri baharu, sekali gus membuka jalan kepada sistem kuantum yang lebih boleh dipercayai dan mudah ditingkatkan.

Ketuanan Kuantum: Apakah Maksud Sebenarnya?

“Ketuanan kuantum” merujuk kepada tahap apabila komputer kuantum boleh melaksanakan tugas yang pada praktiknya mustahil dilakukan oleh mana-mana komputer klasik, termasuk superkomputer paling berkuasa. Penanda aras RCS kini merupakan piawaian utama untuk membuktikan kelebihan ini, namun penting untuk diketahui bahawa tugas yang terlibat tidak berguna secara langsung bagi kebanyakan aplikasi dunia sebenar. Tugas ini direka supaya sukar untuk mesin klasik dan mudah untuk mesin kuantum.

Seperti yang dijelaskan oleh Zhu Xiaobo, ketua pereka Zuchongzhi 3.0, hala tuju pengkomputeran kuantum melibatkan tiga peringkat:

• Mengatasi superkomputer klasik dalam tugas tertentu (ketuanan kuantum)
• Menemukan aplikasi kuantum praktikal dalam bidang seperti pengoptimuman, kimia dan pembelajaran mesin
• Mencapai pengkomputeran kuantum universal dan tahan ralat yang mampu menyelesaikan pelbagai masalah

Walaupun pencapaian Zuchongzhi 3.0 merupakan kemajuan besar dalam peringkat pertama, perjalanan menuju komputer kuantum praktikal untuk kegunaan umum masih berterusan. Pakar menganggarkan pengkomputeran kuantum universal dan tahan ralat masih sekurang-kurangnya 15 tahun lagi.

Bagaimanakah Zuchongzhi 3.0 Berbanding Willow Google dan Usaha Global Lain?

Pengenalan Zuchongzhi 3.0 memperhebat persaingan global dalam pengkomputeran kuantum, khususnya antara China dengan Amerika Syarikat. Kedua-dua negara telah melabur besar dalam penyelidikan kuantum kerana menyedari potensinya dalam bidang ekonomi, sains dan ketenteraan.

Cip Willow Google, yang diperkenalkan pada penghujung 2024, turut mempunyai 105 qubit dan menunjukkan prestasi mengagumkan dalam penanda aras RCS. Menurut analisis perbandingan, Willow mempunyai sedikit kelebihan dalam beberapa metrik kualiti qubit, seperti masa koheren dan ketepatan gerbang, tetapi Zuchongzhi 3.0 menyamai atau mengatasinya dalam aspek lain, termasuk skala dan kelajuan eksperimen RCS.

Pemain utama lain dalam bidang ini termasuk IBM, yang menggunakan pendekatan berbeza dengan teknologi qubit superkonduktornya sendiri, serta pasukan China yang mengusahakan komputer kuantum fotonik seperti siri Jiuzhang. Setiap pendekatan mempunyai kekuatan dan cabarannya tersendiri, dan bidang ini kekal sangat dinamik dengan kejayaan baharu yang muncul secara berkala.

Taruhan Geopolitik

Persaingan untuk ketuanan kuantum bukan sekadar pertandingan saintifik, malah membawa implikasi geopolitik yang besar. Komputer kuantum berpotensi merevolusikan kriptografi, sains bahan, farmaseutikal, logistik dan kecerdasan buatan. Teknologi ini juga boleh menjadikan kaedah penyulitan semasa lapuk, sekali gus menimbulkan kebimbangan mengenai keselamatan siber dan keselamatan negara.

Jabatan Pertahanan AS dan agensi lain menyifatkan kemajuan pesat China dalam teknologi kuantum sebagai potensi ancaman strategik, dengan merujuk usaha dalam pengimejan kuantum, navigasi, radar dan komunikasi selamat. Pengenalan Zuchongzhi 3.0 berkemungkinan mempercepat pelaburan dan penyelidikan dalam teknologi kuantum di seluruh dunia.

Cabaran Mendatang: Pembetulan Ralat, Kebolehskalaan dan Aplikasi Praktikal

Walaupun Zuchongzhi 3.0 mencapai kejayaan yang mengagumkan, cabaran besar masih perlu diatasi sebelum komputer kuantum dapat memenuhi potensinya dalam aplikasi praktikal:

• Pembetulan Ralat: Sistem kuantum sememangnya rapuh dan ralat boleh terkumpul dengan cepat semasa pengiraan kompleks. Kaedah pembetulan ralat kuantum yang teguh penting untuk membangunkan mesin lebih besar dan berguna. Pasukan Zuchongzhi sedang giat mengkaji pembetulan ralat kod permukaan, dengan sasaran meningkatkan jarak kod dan ketahanan terhadap ralat.
• Kebolehskalaan: Penyepaduan ratusan atau ribuan qubit berkualiti tinggi sambil mengekalkan koheren dan kadar ralat yang rendah merupakan cabaran kejuruteraan yang besar. Inovasi dalam reka bentuk cip, bahan dan fabrikasi amat penting.
• Penyepaduan dengan Sistem Klasik: Komputer kuantum perlu berhubung dengan lancar dengan infrastruktur pengkomputeran klasik agar berguna dalam keadaan dunia sebenar.
• Pembangunan Algoritma: Walaupun penanda aras RCS menunjukkan kelebihan kuantum, pembangunan algoritma yang menyelesaikan masalah praktikal dengan lebih pantas daripada kaedah klasik masih merupakan bidang penyelidikan yang terbuka.

Apabila teknik dan algoritma simulasi klasik bertambah baik, ambang untuk membuktikan kelebihan kuantum terus meningkat. Sesetengah pengkritik berpendapat bahawa penanda aras RCS, walaupun mengagumkan, mungkin tidak membawa kesan langsung dalam dunia sebenar. Namun begitu, kemajuan berterusan dalam perkakasan, pembetulan ralat dan pembangunan algoritma semakin mendekatkan pengkomputeran kuantum praktikal kepada kenyataan.

Implikasi Lebih Luas: Bagaimanakah Pengkomputeran Kuantum Akan Mengubah Dunia?

Kemunculan komputer kuantum seperti Zuchongzhi 3.0 boleh mengubah seluruh industri. Antara aplikasi yang berpotensi ialah:

• Kriptografi: Komputer kuantum boleh memecahkan skema penyulitan yang digunakan secara meluas, sekali gus memerlukan pembangunan kriptografi tahan kuantum.
• Penemuan Ubat: Simulasi kuantum boleh memodelkan molekul dan tindak balas kimia yang kompleks, sekali gus mempercepat pembangunan ubat baharu.
• Sains Bahan: Komputer kuantum boleh membantu mereka bentuk bahan baharu dengan ciri yang dikehendaki untuk tenaga, elektronik dan pembuatan.
• Pengoptimuman: Algoritma kuantum boleh menyelesaikan masalah pengoptimuman kompleks dalam logistik, kewangan dan pengurusan rantaian bekalan dengan lebih cekap berbanding komputer klasik.
• Kecerdasan Buatan: Pembelajaran mesin kuantum boleh membolehkan pendekatan baharu untuk analisis data dan pengecaman corak.

Kemungkinan ini sebahagian besarnya masih bersifat teori, namun kemajuan pesat menunjukkan aplikasi kuantum praktikal mungkin muncul dalam tempoh sedekad akan datang.

Pandangan Pakar: Apa Kata Mereka?

Penilai rakan sebaya dan pakar memuji penyelidikan Zuchongzhi 3.0 sebagai peningkatan ketara berbanding peranti terdahulu, sambil menekankan prestasinya yang terkemuka di dunia dan kecanggihan kejuruteraannya. Penerima Nobel Frank Wilczek mengulas potensi transformatif teknologi kuantum dengan berkata:

Alat kuantum ini akan membolehkan pembangunan teknologi kuantum yang lebih canggih, sekali gus mendorong inovasi dan kejayaan lanjut.

Ketua pereka Zhu Xiaobo menjelaskan visi pasukan itu untuk masa depan:

Hala tuju kami bukan sahaja melibatkan usaha mengatasi superkomputer klasik, tetapi juga mencari aplikasi kuantum praktikal dan akhirnya mencapai pengkomputeran kuantum universal yang tahan ralat.

Pasukan penyelidik sedang giat meneroka bidang seperti pembetulan ralat kuantum, keterikatan, simulasi dan kimia kuantum, sekali gus meletakkan asas bagi generasi teknologi kuantum seterusnya.

Kesimpulan

• Cip kuantum Zuchongzhi 3.0 China mempunyai 105 qubit superkonduktor dan mendakwa berprestasi satu kuadrilion kali lebih pantas daripada superkomputer terkemuka dunia.
• Inovasi kejuruteraan cip ini termasuk bahan termaju, operasi berketepatan tinggi dan seni bina yang boleh diskalakan, sekali gus menetapkan penanda aras baharu dalam perkakasan kuantum.
• Zuchongzhi 3.0 mengatasi cip Sycamore Google dalam pensampelan litar rawak, namun perbandingan langsung dengan cip Willow Google adalah rumit.
• Kejayaan ini memperhebat persaingan global untuk ketuanan kuantum, dengan implikasi geopolitik dan ekonomi yang besar.
• Cabaran utama masih wujud, termasuk pembetulan ralat, kebolehskalaan dan pembangunan algoritma kuantum praktikal.
• Pengkomputeran kuantum menjanjikan revolusi dalam bidang seperti kriptografi, penemuan ubat, sains bahan, pengoptimuman dan kecerdasan buatan.
• Pakar memuji Zuchongzhi 3.0 sebagai pencapaian penting, namun menegaskan bahawa usaha menuju pengkomputeran kuantum universal yang tahan ralat masih berterusan.