光量子干涉實物圖。（圖片來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。）

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等學(xué)者組成的研究團隊與上海微系統(tǒng)所與信息技術(shù)研究所、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”。計算玻色采樣問題，“九章”處理5000萬個樣本只需200秒，而目前快的超級計算機需要6億年。

這是我國實現(xiàn)“量子計算*性”，這一突破也使我國成為二個實現(xiàn)“量子*性”的國家。12月4日，《科學(xué)》雜志發(fā)表了該成果。

在設(shè)備的自主研發(fā)、技術(shù)革新上下功夫

“九章”，既是中國古代的數(shù)學(xué)專著《九章算術(shù)》，也是牢固確立了我國在國際量子計算研究中方陣地位的量子計算原型機，二者皆有里程碑意義。

“量子計算*性”，指的是作為新生事物的量子計算機，一旦在某個問題上的計算能力超過了的傳統(tǒng)計算機，就證明了量子計算機的*性，跨過了未來在多方面超越傳統(tǒng)計算機的門檻。

“這將實驗各方面的技術(shù)推進到遠超以前的水平。”澳大利亞昆士蘭大學(xué)教授蒂姆·拉夫說：“該設(shè)備的規(guī)模是非凡的：100模式干涉儀、25個壓縮器提供輸入的量子態(tài)、使用100個單光子探測器進行探測，并且實現(xiàn)了同時保持高效率，穩(wěn)定性和量子不可分辨性——這都是展示量子計算*性所必需的。”

從20光子輸入60模式干涉線路的玻色取樣，到76個光子100個模式的高斯玻色取樣，必須在設(shè)備上下功夫。“一開始，高效率100通道超導(dǎo)納米線單光子探測器性能很低，只有4%。我們通過與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所合作，自主研發(fā)、技術(shù)革新，現(xiàn)在其性能已經(jīng)提升到了98%。”陸朝陽說，不斷增強量子光源、量子干涉、單光子探測器等領(lǐng)域的自主創(chuàng)新，是下一步研究的重點。

“利用量子器件來解決日益復(fù)雜的問題并體現(xiàn)量子優(yōu)勢，是量子科學(xué)前沿中的最重要問題之一。”美國院士、沃爾夫獎得主、狄拉克獎?wù)碌弥鞅说?middot;佐勒認為，潘建偉團隊的研究，在量子系統(tǒng)的大小與擴展性、實際應(yīng)用的前景方面把研究水平提升到了一個新的高度。

光+機+電的成熟運用、精密光學(xué)元件打“基礎(chǔ)”

“九章”由上千個精密光學(xué)元器件組成，從激光光源、激光器、光學(xué)反射鏡、光學(xué)分光鏡、光學(xué)透鏡、立方體分光鏡到各類光學(xué)調(diào)整架、支柱、底座、位移臺以及防振臺等，經(jīng)過精密的排列組合搭建出一套超級量子計算原型機。

量子計算機原型機

如今，基于“九章”的高斯玻色取樣算法在圖論、機器學(xué)習(xí)、量子化學(xué)等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用，將是后續(xù)發(fā)展的重要方向。潘建偉團隊表示，盡管“九章”算力驚人，但只是在量子計算階段樹起的一座里程碑。“希望能通過15年到20年的努力，研制出通用的量子計算機，來解決密碼分析、氣象預(yù)報、藥物設(shè)計等應(yīng)用非常廣泛的問題。”潘建偉表示。

《科學(xué)》雜志審稿人評價，這是“一個的實驗”“一個重大成就”。“量子*性”實驗并非一蹴而就的工作，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。潘建偉團隊希望，這個工作能夠激發(fā)更多的經(jīng)典算法模擬方面的工作。