我国科学家构建76个光子量子计算原型机“九章”

记者3日从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队，与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，构建了76个光子的量子计算原型机“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解。该量子计算系统处理高斯玻色取样的速度比目前最快的超级计算机快100万亿倍，也等效地比去年谷歌发布的53个超导比特量子计算原型机“悬铃木”快100亿倍。这一成果使得我国成功达到了量子计算研究的第一个里程碑：量子计算优越性(国外称“量子霸权”)。相关论文在线发表在国际学术期刊《科学》上。

量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，相比经典计算机能够实现指数级别的加速。当前，量子计算机已成为欧美各发达国家角逐的焦点。国际同行公认量子计算机的研究有三个指标性的发展阶段：第一阶段发展具备50—100个量子比特的高精度专用量子计算机，实现计算科学中量子计算优越性的里程碑。第二阶段是研制可相干操纵数百个量子比特的量子模拟机。第三阶段则是大幅度提高可集成的量子比特数目至百万量级，实现容错量子逻辑门，研制可编程的通用量子计算原型机。

潘建伟团队2017年构建了世界首台超越早期经典计算机(ENIAC)的光量子计算原型机。2019年，该团队实现了20光子输入60模式干涉线路的玻色取样，输出复杂度相当于48个量子比特的希尔伯特态空间，逼近了量子计算优越性。

研究团队通过自主研制同时具备高效率、高全同性、极高亮度和大规模扩展能力的量子光源，成功构建了76个光子100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机“九章”，意为纪念中国古代最早的数学专著《九章算术》。其输出量子态空间规模达到了1030，对于处理高斯玻色取样的速度比目前世界排名第一的超级计算机“富岳”快100万亿倍，等效地也比谷歌去年发布的53比特量子计算原型机“悬铃木”快100亿倍，同时，还关闭了谷歌53比特随机线路取样实验中量子计算优越性依赖于样本数量的漏洞。

该成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位，为未来实现可解决具有重大实用价值问题的规模化量子模拟机奠定了技术基础。审稿人评价该工作是“一个最先进的实验”“一个重大成就”。潘建伟表示，量子计算优越性实验不是一蹴而就的工作，最终量子并行性会产生经典计算机无法企及的算力。