中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心的研究人員合作，構(gòu)建了76個光子的量子計(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，使得我國成功達(dá)到量子計(jì)算研究的首個里程碑——量子計(jì)算優(yōu)越性，為實(shí)現(xiàn)可解決具有重大實(shí)用價值問題的規(guī)模化量子模擬機(jī)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。根據(jù)現(xiàn)有理論，“九章”一分鐘完成的任務(wù)，目前最快的超級計(jì)算機(jī)“富岳”需要一億年，即“九章”處理高斯玻色取樣的速度比“富岳”快一百萬億倍，等效地比谷歌去年發(fā)布的53個超導(dǎo)比特量子計(jì)算原型機(jī)“懸鈴木”快一百億倍。相關(guān)成果12月4日在線發(fā)表在《科學(xué)》上。審稿人認(rèn)為，這是“一個最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)”“一個重大成就”。

當(dāng)前，研制量子計(jì)算機(jī)已成為世界科技前沿的最大挑戰(zhàn)之一。相比經(jīng)典計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)在原理上具有超快的并行計(jì)算能力，可望有效推動密碼破譯、材料設(shè)計(jì)、藥物分析等重大難題的解決。實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”、研制可相干操縱數(shù)百個量子比特的量子模擬機(jī)和可編程的通用量子計(jì)算原型機(jī)，被認(rèn)為是量子計(jì)算的三個里程碑。

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

近期，潘建偉團(tuán)隊(duì)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(kuò)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(jì)算原型機(jī)“九章”，輸出量子態(tài)空間規(guī)模達(dá)10的30次方 ，實(shí)現(xiàn)“高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解。值得一提的是，“九章”所實(shí)現(xiàn)的量子計(jì)算優(yōu)越性不依賴于樣本數(shù)量，克服了谷歌“隨機(jī)線路取樣”實(shí)驗(yàn)中量子優(yōu)越性依賴于樣本數(shù)量的漏洞。

潘建偉表示，這一成果牢固確立了我國在國際量子計(jì)算研究中的第一方陣地位。基于“九章”的高斯玻色取樣算法，未來其在圖論、機(jī)器學(xué)習(xí)、量子化學(xué)等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價值。

德國馬普學(xué)會量子光學(xué)研究所所長、沃爾夫獎得主Ignacio Cirac認(rèn)為，這是量子科技領(lǐng)域的一個重大突破，朝著研制相比經(jīng)典計(jì)算機(jī)具有量子優(yōu)勢的量子設(shè)備邁出一大步。美國國家科學(xué)院院士、沃爾夫獎得主Peter Zoller表示，該實(shí)驗(yàn)無論是在量子系統(tǒng)大小和擴(kuò)展性方面，還是在實(shí)際應(yīng)用前景方面，都把研究水平提升到了一個新的高度。（通訊員 桂運(yùn)安）

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/science.abe8770