我國(guó)科學(xué)家構(gòu)建76個(gè)光子量子計(jì)算原型機(jī)“九章”

記者3日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、陸朝陽(yáng)等組成的研究團(tuán)隊(duì)，與中科院上海微系統(tǒng)所、國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，構(gòu)建了76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，實(shí)現(xiàn)了具有實(shí)用前景的“高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解。該量子計(jì)算系統(tǒng)處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快100萬億倍，也等效地比去年谷歌發(fā)布的53個(gè)超導(dǎo)比特量子計(jì)算原型機(jī)“懸鈴木”快100億倍。這一成果使得我國(guó)成功達(dá)到了量子計(jì)算研究的第一個(gè)里程碑：量子計(jì)算優(yōu)越性(國(guó)外稱“量子霸權(quán)”)。相關(guān)論文在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。

量子計(jì)算機(jī)在原理上具有超快的并行計(jì)算能力，相比經(jīng)典計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)指數(shù)級(jí)別的加速。當(dāng)前，量子計(jì)算機(jī)已成為歐美各發(fā)達(dá)國(guó)家角逐的焦點(diǎn)。國(guó)際同行公認(rèn)量子計(jì)算機(jī)的研究有三個(gè)指標(biāo)性的發(fā)展階段：第一階段發(fā)展具備50—100個(gè)量子比特的高精度專用量子計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算科學(xué)中量子計(jì)算優(yōu)越性的里程碑。第二階段是研制可相干操縱數(shù)百個(gè)量子比特的量子模擬機(jī)。第三階段則是大幅度提高可集成的量子比特?cái)?shù)目至百萬量級(jí)，實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子邏輯門，研制可編程的通用量子計(jì)算原型機(jī)。

潘建偉團(tuán)隊(duì)2017年構(gòu)建了世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)(ENIAC)的光量子計(jì)算原型機(jī)。2019年，該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了20光子輸入60模式干涉線路的玻色取樣，輸出復(fù)雜度相當(dāng)于48個(gè)量子比特的希爾伯特態(tài)空間，逼近了量子計(jì)算優(yōu)越性。

研究團(tuán)隊(duì)通過自主研制同時(shí)具備高效率、高全同性、極高亮度和大規(guī)模擴(kuò)展能力的量子光源，成功構(gòu)建了76個(gè)光子100個(gè)模式的高斯玻色取樣量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，意為紀(jì)念中國(guó)古代最早的數(shù)學(xué)專著《九章算術(shù)》。其輸出量子態(tài)空間規(guī)模達(dá)到了1030，對(duì)于處理高斯玻色取樣的速度比目前世界排名第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”快100萬億倍，等效地也比谷歌去年發(fā)布的53比特量子計(jì)算原型機(jī)“懸鈴木”快100億倍，同時(shí)，還關(guān)閉了谷歌53比特隨機(jī)線路取樣實(shí)驗(yàn)中量子計(jì)算優(yōu)越性依賴于樣本數(shù)量的漏洞。

該成果牢固確立了我國(guó)在國(guó)際量子計(jì)算研究中的第一方陣地位，為未來實(shí)現(xiàn)可解決具有重大實(shí)用價(jià)值問題的規(guī)?；孔幽M機(jī)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。審稿人評(píng)價(jià)該工作是“一個(gè)最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)”“一個(gè)重大成就”。潘建偉表示，量子計(jì)算優(yōu)越性實(shí)驗(yàn)不是一蹴而就的工作，最終量子并行性會(huì)產(chǎn)生經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法企及的算力。