量子計(jì)算機(jī)"九章"有多厲害?在不增加能耗的基礎(chǔ)上提升計(jì)算能力

　　近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)等學(xué)者組成的研究團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)所與信息技術(shù)研究所、國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，構(gòu)建了76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”。計(jì)算玻色采樣問題，“九章”處理5000萬個(gè)樣本只需200秒，而目前世界最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)需要6億年。

　　這是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”，這一突破也使我國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國(guó)家。12月4日，《科學(xué)》雜志發(fā)表了該成果。

　　難點(diǎn)眾多

　　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(guó)古代的數(shù)學(xué)專著《九章算術(shù)》，也是牢固確立了我國(guó)在國(guó)際量子計(jì)算研究中第一方陣地位的量子計(jì)算原型機(jī)，二者皆有里程碑意義。

　　“量子計(jì)算優(yōu)越性”，指的是作為新生事物的量子計(jì)算機(jī)，一旦在某個(gè)問題上的計(jì)算能力超過了最強(qiáng)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，就證明了量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性，跨過了未來在多方面超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的門檻。

　　“這將實(shí)驗(yàn)各方面的技術(shù)推進(jìn)到遠(yuǎn)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(gè)壓縮器提供輸入的量子態(tài)、使用100個(gè)單光子探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)，并且實(shí)現(xiàn)了同時(shí)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(jì)算優(yōu)越性所必需的。”

　　從20光子輸入60模式干涉線路的玻色取樣，到76個(gè)光子100個(gè)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(cè)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(yáng)說，不斷增強(qiáng)量子光源、量子干涉、單光子探測(cè)器等領(lǐng)域的自主創(chuàng)新，是下一步研究的重點(diǎn)。

　　“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(shì)，是量子科學(xué)前沿中的最重要問題之一。”美國(guó)科學(xué)院院士、沃爾夫獎(jiǎng)得主、狄拉克獎(jiǎng)?wù)碌弥鞅说?middot;佐勒認(rèn)為，潘建偉團(tuán)隊(duì)的研究，在量子系統(tǒng)的大小與擴(kuò)展性、實(shí)際應(yīng)用的前景方面把研究水平提升到了一個(gè)新的高度。