Бозонный сэмплер на панели карты: Бозонный сэмплинг

Архитектура в отчёте (§8.3)

8.3.12 Бозонный сэмплинг — Бозонный сэмплер (ph_sampler)

Идея. Сжатый свет или одиночные фотоны входят в Программируемый линейно-оптический интерферометр (g_lointer) и подсчитываются на его выходах; вероятности исходов — хафнианы матриц, построенных из сети (перманенты для одиночных фотонов), и их вычисление #P-трудно [G][268]. Ни запутывающего вентиля, ни прямой связи, ни кубита: единственное утверждение — ни один классический компьютер не воспроизводит выборки (цель G1). Там, где архитектура на основе слияний (fusion) строит кубиты из малых ресурсных состояний, а архитектура непрерывных переменных кодирует их в решётках Готтесмана–Китаева–Прескилла (GKP), эта архитектура обходится без кубита. Ставка: при большом числе фотонов статистика обгоняет классические сэмплеры прежде, чем потери вернут им выход.

Что ей нужно. Интерферометр требует света в сетке и электрооптических фазовращателей при комнатной температуре; Сборка из объёмной оптики и волокна (fab_bulk) требует модуляторов с волоконным вводом и петель задержки. Носители заменяют друг друга, как и счёт фотонов с гомодинным детектированием, и объёмная сборка с фабрикой ФИС (фотонных интегральных схем). Всё остальное — пропускание: зашумлённый гауссов бозонный сэмплинг становится эффективно моделируемым, как только сжатие, пропускание и эффективность детекторов падают ниже границы [S][269]. Код, декодер и межсоединение ∅ по замыслу (§7.3): у выборки нет логического состояния, которое нужно защищать, поэтому потери моделируются, а не исправляются, и классические соперники этим пользуются [175].

Где она стоит. Семь машин, семь устройств, ни одного с вентилями (табл. 8.3). Jiuzhang 4.0 (USTC, май 2026): 1 024 сжатых состояния в 8 176 модах, до 3 050 зарегистрированных фотонов, системная эффективность 51%, одна выборка за 25.6 µs [D][175]. Borealis (Xanadu, 2022): 216 сжатых мод через три волоконные петли, TES-детекторы с разрешением числа фотонов, до 219 фотонов, одна выборка за 36 µs [D][270]; реестр помечает её заявление как размытое. PT-2 (ORCA, в эксплуатации 2024–26) сэмплирует сжатые состояния с вычитанием фотона в двухпетлевом time-bin интерферометре с детектором, разрешающим число фотонов [P][271]; ORCA не публикует ни числа мод, ни такта, ни потерь; её более ранний PT-1 (две системы в PSNC, Познань, 2023) [C][877] и выведенные Jiuzhang 1.0, 2.0 и 3.0 [D][460], [462], [878] — отдельные строки реестра. Для реестра слои ∅ означают три вещи: ни один сэмплер не входит в подсчёты вентилей, кодов или декодеров; их ячейки none в слоях 7–9 (всего 21) — это архитектура, а не задержка, и они раздувают профиль зрелости табл. 8.2; 7 из 11 устройств фотоники (табл. 8.1) — сэмплеры, так что число устройств семейства завышает число его процессоров.

Исключения и заимствования. Jiuzhang 4.0 и Borealis держат гауссовы вентили на непрерывных переменных, технологию архитектуры непрерывных переменных, как альтернативу слоя 3 вне слота: гауссов интерферометр без гомодинной прямой связи. Это преемственность, а не ошибка разметки; преемник Borealis — Aurora. У обеих слой 2 — none. Технология кодирования, Time-bin / путевое фотонное кодирование, держится на одной PT-2 и подходит плохо: PT-2 заполняет каждый временной интервал, номинально одним фотоном [P][271], так что её интервалы — моды, а не двухинтервальный кубит, который определяет технология; к тому же технология требует однофотонного носителя, а у PT-2 носитель — сжатый свет. Однофотонную и гомодинную альтернативы тоже не использует ни одна машина: в слоях 1, 2 и 6 архитектура нарисована шире своего реестра.

Следующая проверка. К 31 декабря 2027: ни один опубликованный классический сэмплер не сравняется с Jiuzhang 4.0 на его же бенчмарках, а ORCA опубликует моды, петли и потери PT-3 вместе с классическим сравнением. Понизить, если классический алгоритм сравняется с Jiuzhang 4.0, как такой алгоритм уже сравнивался с каждым прежним заявлением о преимуществе, или если PT-3, ожидавшаяся в 2026 и не поставленная (§2.5), выйдет без этих чисел.

Что говорят строители. USTC представляет Jiuzhang 4.0 не только как сэмплер: гауссов бозонный сэмплинг может также порождать бозонные коды коррекции ошибок [D][175], а управление тысячами фотонов, по словам авторов, выводит эксперимент далеко за пределы классической вычислимости и открывает путь к отказоустойчивой фотонной аппаратуре [D][175]. Довод ORCA — мультиплексирование во времени: оптоволоконные линии задержки позволяют многократно использовать каждый источник фотонов [C][858]. В мае 2025 года её генеральный директор ожидал квантового превосходства в течение 24 месяцев — на машине PT-3, выход которой тогда намечался на начало 2026 года [R][859]; в июне 2026 года ORCA установила PT-2 на японском предприятии и пообещала до конца года модернизировать её до PT-3 [R][860].

Машины этой архитектуры (реестр: 7, из них 7 устройств, 0 с вентилями). USTC (Pan Jianwei group) — Jiuzhang (1.0) (выведена), Jiuzhang 2.0 (выведена), Jiuzhang 3.0 (выведена), Jiuzhang 4.0 (продемонстрирована); ORCA Computing — PT-1 (в эксплуатации), PT-2 (в эксплуатации); Xanadu — Borealis (в эксплуатации).

Ячейки вне слотов архитектуры (2). Jiuzhang 4.0: L3 Гауссовы вентили на непрерывных переменных + негауссовы операции с помощью GKP (g_cv, альтернатива из другой архитектуры); Borealis: L3 Гауссовы вентили на непрерывных переменных + негауссовы операции с помощью GKP (g_cv, альтернатива из другой архитектуры).