我國達到“量子計算優(yōu)越性”里程碑

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 方夢宇）國際學術期刊《科學》12月4日凌晨在線發(fā)表我國科學家量子計算研究進展，76個光子的原型機“九章”問鼎全球最快計算機，這使得我國成功達到“量子計算優(yōu)越性”里程碑。

中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊與中科院上海微系統(tǒng)所、國家并行計算機工程技術研究中心合作，構建了76個光子100個模式的量子計算原型機“九章”，實現(xiàn)了具有實用前景的“高斯玻色取樣”任務的快速求解。

該量子計算系統(tǒng)處理“高斯玻色取樣”的速度比目前最快的超級計算機日本“富岳”快一百萬億倍，等效地比去年美國谷歌公司發(fā)布的53個超導比特量子計算原型機“懸鈴木”快一百億倍，并且它的量子計算優(yōu)越性不依賴于樣本數(shù)量，克服了谷歌53比特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。

量子計算機具有超快并行計算能力，相比于經(jīng)典計算機，量子計算機通過特定算法在一些具有重大問題方面實現(xiàn)指數(shù)級別的加速。當前，研制量子計算機成為世界科技前沿的最大挑戰(zhàn)之一，是國家間角逐的焦點。潘建偉團隊在光量子信息處理方面處于國際領先水平，2017年構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量子比特的希爾伯特態(tài)空間，逼近“量子計算優(yōu)越性”。

近期，該團隊通過自主研制同時具備高效率、高全同性、極高亮度和大規(guī)模擴展能力的量子光源，同時滿足相位穩(wěn)定、全連通隨機矩陣、波包重合度優(yōu)于99.5%、通過率優(yōu)于98%的100模式干涉線路，相對光程10-9以內的鎖相精度，高效率100通道超導納米線單光子探測器，成功構建了76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機“九章”。

這一成果牢固確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位，為未來實現(xiàn)可解決具有重大實用價值問題的規(guī)模化量子模擬機奠定技術基礎。基于“九章”的高斯玻色取樣算法還在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用，成為后續(xù)發(fā)展的重要方向。