我國成功達到量子計算研究的第一個里程碑：量子計算優(yōu)越性（國外也稱之為“量子霸權”）。

來自中國科大的消息顯示，中國科學技術大學潘建偉、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研究中心合作，構建了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”任務的快速求解。

根據現(xiàn)有理論，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一百萬億倍，其速度比去年谷歌發(fā)布的53個超導比特量子計算原型機“懸鈴木”快一百億倍。

圖片1：“九章”量子計算原型機光路系統(tǒng)原理圖：左上方激光系統(tǒng)產生高峰值功率飛秒脈沖； 左方25個光源通過參量下轉換過程產生50路單模壓縮態(tài)輸入到右方100模式光量子干涉網絡; 最后利用100個高效率超導單光子探測器對干涉儀輸出光量子態(tài)進行探測。

這一重磅成果于今日凌晨在國際學術期刊《科學》在線發(fā)布，審稿人評價該工作是“一個最先進的實驗”，“一個重大成就”。

據了解，量子計算機在原理上具有超快的并行計算能力，可望通過特定算法在一些具有重大社會和經濟價值的問題方面相比經典計算機實現(xiàn)指數(shù)級別的加速，例如密碼破譯、大數(shù)據優(yōu)化、材料設計、藥物分析等方面。

當前，研制量子計算機已成為世界科技前沿的最大挑戰(zhàn)之一，成為歐美各發(fā)達國家角逐的焦點。

潘建偉團隊一直在光量子信息處理方面處于國際領先水平：2017年，該團隊構建了世界首臺超越早期經典計算機（ENIAC）的光量子計算原型機；2019年，團隊進一步研制了確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的國際最高性能單光子源，實現(xiàn)了20光子輸入60模式干涉線路的玻色取樣，輸出復雜度相當于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”。

近期，該團隊通過自主研制成功構建了76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機“九章”（命名為“九章”是為了紀念中國古代最早的數(shù)學專著《九章算術》）。

根據目前最優(yōu)的經典算法，“九章”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”快一百萬億倍，比谷歌去年發(fā)布的53比特量子計算原型機“懸鈴木”快一百億倍。同時，“九章”還克服了谷歌53比特隨機線路取樣實驗中量子優(yōu)越性依賴于樣本數(shù)量的漏洞。

據了解，“九章”輸出量子態(tài)空間規(guī)模達到了1030（“懸鈴木”輸出量子態(tài)空間規(guī)模是1016，目前全世界的存儲容量是1022）。

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)?；孔?a href="http://www.brongaenegriffin.com/analog/" target="_blank">模擬機奠定了技術基礎。此外，基于“九章號”量子計算原型機的高斯玻色取樣算法在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用，將是后續(xù)發(fā)展的重要方向。

除此之外，上述項目受到了中國科學院、安徽省、科技部、上海市和基金委的支持。

對此成果，研究人員希望這能夠激發(fā)更多的經典算法模擬方面的工作，也預計將來會有提升的空間。畢竟量子優(yōu)越性實驗并不是一個一蹴而就的工作，而是更快的經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生經典計算機無法企及的算力。相信這一幕的出現(xiàn)不會太遠。
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