記者近日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校潘建偉、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(shù)研究中心合作，成功構(gòu)建了76個光子的量子計算原型機“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。之所以命名為“九章”，是為了紀念中國古代最早的數(shù)學專著《九章算術(shù)》。

根據(jù)現(xiàn)有理論，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“富岳”快100萬億倍（“九章”1分鐘完成的任務，超級計算機需要1億年）。等效地，其速度比去年谷歌發(fā)布的53個超導比特量子計算原型機“懸鈴木”快100億倍。這一成果使得我國成功達到了量子計算研究的第一個里程碑：量子計算優(yōu)越性（國外也稱之為“量子霸權(quán)”）。相關(guān)論文于12月4日在線發(fā)表在國際學術(shù)期刊《科學》上。

量子計算機在原理上具有超快的并行計算能力，可望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（如密碼破譯、大數(shù)據(jù)優(yōu)化、材料設計、藥物分析等）相比經(jīng)典計算機實現(xiàn)指數(shù)級別的加速。當前，研制量子計算機已成為世界科技前沿的最大挑戰(zhàn)之一，成為歐美各發(fā)達國家角逐的焦點。

潘建偉團隊一直在光量子信息處理方面處于國際領先水平。2017年，該團隊構(gòu)建了世界首臺超越早期經(jīng)典計算機（ENIAC）的光量子計算原型機。2019年，該團隊進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，輸出復雜度相當于48個量子比特的希爾伯特態(tài)空間，逼近了“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，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)模達到了10的30次方。

該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了技術(shù)基礎。此外，基于“九章”量子計算原型機的高斯玻色取樣算法在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用，將是后續(xù)發(fā)展的重要方向。

《科學》雜志審稿人評價該工作是“一個最先進的實驗”“一個重大成就”。研究人員希望這個工作能夠激發(fā)更多的經(jīng)典算法模擬方面的工作，也預計將來會有提升的空間。量子優(yōu)越性實驗并不是一個一蹴而就的工作，而是更快的經(jīng)典算法和不斷提升的量子計算硬件之間的競爭，但最終量子并行性會產(chǎn)生經(jīng)典計算機無法企及的算力。

（信息來源：《中國科學報》）