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2021-10-26 17:27 |
中國科大等成功研制113個光子的“九章二號”量子計算原型機
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等組成的研究團隊與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、國家并行計算機工程技術(shù)研究中心合作，發(fā)展了量子光源受激放大的理論和實驗方法，構(gòu)建了113個光子144模式的量子計算原型機“九章二號”，并實現(xiàn)了相位可編程功能，完成了對用于演示“量子計算優(yōu)越性”的高斯玻色取樣任務(wù)的快速求解。根據(jù)現(xiàn)已正式發(fā)表的最優(yōu)經(jīng)典算法理論，“九章二號”處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級計算機快1024倍。這一成果再次刷新了國際上光量子操縱的技術(shù)水平，進(jìn)一步提供了量子計算加速的實驗證據(jù)。相關(guān)論文于10月26日以“編輯推薦”的形式發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》上。著名量子物理學(xué)家、加拿大卡爾加里大學(xué)教授Barry Sanders同時受邀在Physics網(wǎng)站上謄寫長篇評述文章，稱贊該工作是“令人激動的實驗杰作”（dramatic tour de force.....），“令人印象深刻的最前沿的進(jìn)步”（an impressive advance over the state-of-the-art）。 E4oz| 2!m
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量子計算機在原理上可通過特定算法在一些具有重大社會和經(jīng)濟價值的問題方面，獲得比經(jīng)典計算機更強的算力。早在1981年，費曼就提出了量子計算的初步想法。大規(guī)模量子計算機的物理實現(xiàn)是世界科技前沿的重大挑戰(zhàn)之一。對于研制容錯的通用量子計算，因其苛刻的容錯閾值和大規(guī)模的量子比特數(shù)目，離目前人類的科技發(fā)展水平尚有不小的差距。 p{tK_ZBy]c
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因此，實現(xiàn)對于量子計算的物理實現(xiàn)，國際學(xué)術(shù)界采取三步走的路線圖。其中，第一個里程碑，在學(xué)術(shù)上被稱為“量子計算優(yōu)越性”，其含義是通過高精度地操縱近百個物理比特，用來高效地解決超級計算機都無法在合理時間內(nèi)解決的特定的高復(fù)雜度數(shù)學(xué)問題，從實驗上確鑿地證明四十年前費曼所提出來地量子計算加速設(shè)想，并挑戰(zhàn)“擴展的丘奇—圖靈論題”。 1~yZ T
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基于光子的玻色取樣和基于超導(dǎo)比特的隨機線路取樣是實驗展示量子計算優(yōu)越性的兩個重要方案。潘建偉團隊一直在光量子信息處理方面處于國際領(lǐng)先水平。2017年，該團隊構(gòu)建了世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算原型機。2019年，團隊進(jìn)一步研制了確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的國際最高性能單光子源，實現(xiàn)了20光子輸入60模式干涉線路的玻色取樣，輸出希爾伯特態(tài)空間維度達(dá)到1014，逼近了“量子計算優(yōu)越性”。 H[WQ =){
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2020年，潘建偉團隊成功構(gòu)建了76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機“九章”，輸出量子態(tài)空間規(guī)模達(dá)到了1030，處理高斯玻色取樣的速度比超級計算機快一百萬億倍，同時克服了谷歌基于“懸鈴木”超導(dǎo)處理器的隨機線路取樣實驗中量子優(yōu)越性依賴于樣本數(shù)量的漏洞�！熬耪隆睂嶒炌瓿珊�，在理論提出玻色取樣算法和證明計算復(fù)雜度的Scott Aaronson教授隨后獲得了由國際計算機協(xié)會頒發(fā)的ACM Prize in Computing。 cy3Td28,
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