再度刷新世界紀(jì)錄！中國科學(xué)家成功研制“九章三號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)：求解特定問題比超算快一億億倍

每經(jīng)編輯 杜宇

據(jù)新華社，10月11日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等組成的研究團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)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)研究中心合作，宣布成功構(gòu)建255個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章三號(hào)”。這項(xiàng)成果再度刷新光量子信息技術(shù)世界紀(jì)錄，求解高斯玻色取樣數(shù)學(xué)問題比目前全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快一億億倍，在研制量子計(jì)算機(jī)之路上邁出重要一步。

圖片來源：新華社

國際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》發(fā)表該成果。根據(jù)公開發(fā)表的最優(yōu)算法，“九章三號(hào)”處理高斯玻色取樣的速度比上一代“九章二號(hào)”提升一百萬倍，“九章三號(hào)”1微秒可算出的最復(fù)雜樣本，當(dāng)前全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“前沿”（Frontier）約需200億年。

實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 圖片來源：央視新聞

量子計(jì)算是后摩爾時(shí)代的一種新的計(jì)算范式，它在原理上具有超快的并行計(jì)算能力，可望通過特定量子算法在一些具有重大社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的問題方面相比經(jīng)典計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)別的加速。因而，研制量子計(jì)算機(jī)是當(dāng)前世界科技前沿的最大挑戰(zhàn)之一。

為此，國際學(xué)術(shù)界制定了三步走的發(fā)展路線。其中，第一步是實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”，即通過對(duì)近百個(gè)量子比特的高精度量子調(diào)控，對(duì)特定問題的求解展現(xiàn)超級(jí)計(jì)算機(jī)無法比擬的算力。同時(shí)，在此過程中，發(fā)展出可擴(kuò)展的量子調(diào)控技術(shù)，為具備容錯(cuò)能力的通用量子計(jì)算機(jī)的研制提供技術(shù)基礎(chǔ)。

據(jù)央視新聞，2020年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建76光子的“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)，首次在國際上實(shí)現(xiàn)光學(xué)體系的“量子計(jì)算優(yōu)越性”，并克服了谷歌實(shí)驗(yàn)中量子優(yōu)越性依賴于樣本數(shù)量的漏洞。2021年，中國科大團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步成功研制了113光子的可相位編程的“九章二號(hào)”和56比特的“祖沖之二號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)，使我國成為唯一在光學(xué)和超導(dǎo)兩種技術(shù)路線都達(dá)到了“量子計(jì)算優(yōu)越性”的國家。

光量子計(jì)算的國際競爭態(tài)勢(shì) 圖片來源：央視新聞

通過一系列創(chuàng)新，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)255個(gè)光子的操縱能力，極大地提升了光量子計(jì)算的復(fù)雜度，處理高斯玻色取樣的速度比“九章二號(hào)”提升了一百萬倍。在構(gòu)建“九章”系列光量子計(jì)算原型機(jī)的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)還揭示了高斯玻色取樣和圖論之間的數(shù)學(xué)聯(lián)系，完成對(duì)稠密子圖等兩類具有實(shí)用價(jià)值的圖論問題的求解，相比經(jīng)典計(jì)算機(jī)精確模擬的速度快1.8億倍。此外，又在國際上首次演示了無條件的多光子量子精密測(cè)量優(yōu)勢(shì)。

每日經(jīng)濟(jì)新聞綜合新華社、央視新聞

封面圖片來源：央視新聞視頻截圖

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