超越谷歌“量子霸權(quán)”100億倍 我科學(xué)家構(gòu)建76個光子量子計算原型機“九章”
科技日報合肥12月3日電 （記者吳長鋒）記者3日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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，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(wù)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快100萬億倍，也等效地比去年谷歌發(fā)布的53個超導(dǎo)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（國外稱“量子霸權(quán)”）。相關(guān)論文在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。
量子計算機在原理上具有超快的并行計算能力，相比經(jīng)典計算機能夠?qū)崿F(xiàn)指數(shù)級別的加速。當前，量子計算機已成為歐美各發(fā)達國家角逐的焦點。國際同行公認量子計算機的研究有三個指標性的發(fā)展階段：第一階段發(fā)展具備50—100個量子比特的高精度專用量子計算機，實現(xiàn)計算科學(xué)中量子計算優(yōu)越性的里程碑。第二階段是研制可相干操縱數(shù)百個量子比特的量子模擬機。第三階段則是大幅度提高可集成的量子比特數(shù)目至百萬量級，實現(xiàn)容錯量子邏輯門，研制可編程的通用量子計算原型機。
潘建偉團隊2017年構(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，該團隊實現(xiàn)了20光子輸入60模式干涉線路的玻色取樣，輸出復(fù)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。
研究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”，意為紀念中國古代最早的數(shù)學(xué)專著《九章算術(shù)》。其輸出量子態(tài)空間規(guī)模達到了1030，對于處理高斯玻色取樣的速度比目前世界排名第一的超級計算機“富岳”快100萬億倍，等效地也比谷歌去年發(fā)布的53比特量子計算原型機“懸鈴木”快100億倍，同時，還關(guān)閉了谷歌53比特隨機線路取樣實驗中量子計算優(yōu)越性依賴于樣本數(shù)量的漏洞。
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(chǔ)。審稿人評價該工作是“一個最先進的實驗”“一個重大成就”。潘建偉表示，量子計算優(yōu)越性實驗不是一蹴而就的工作，最終量子并行性會產(chǎn)生經(jīng)典計算機無法企及的算力。