我科学家确立“量子计算优越性”里程碑

【本报讯】中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，构建了76个光子的量子计算原型机“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解。根据现有理论，该量子计算系统处理高斯玻色取样的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快100万亿倍，等效速度比去年谷歌发布的53个超导比特量子计算原型机“悬铃木”快100亿倍。相关成果12月4日在线发表于《科学》杂志。“一个最先进的实验”“一个重大成就”，《科学》审稿人如此评价。

量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，相比经典计算机，可望通过特定算法在密码破译、大数据优化、材料设计、药物分析等具有重大社会和经济价值的问题方面实现指数级别的加速。

潘建伟团队一直在光量子信息处理方面处于国际领先水平。2017年，该团队构建了世界首台光量子计算原型机。2019年，团队实现了20光子输入60模式干涉线路的玻色取样，逼近了“量子计算优越性”。

近期，该团队通过自主研制同时具备高效率、高全同性、极高亮度和大规模扩展能力的量子光源，成功构建了76个光子100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机“九章”，输出量子态空间规模达到1030，实现“高斯玻色取样”任务的快速求解。

“命名为‘九章’是为了向中国古代最早的数学专著《九章算术》致敬。”潘建伟表示，“九章”所实现的量子计算优越性不依赖于样本数量，克服了“悬铃木”随机线路取样实验中量子优越性依赖于样本数量的漏洞。

实现计算科学中“量子计算优越性”、研制可相干操纵数百个量子比特的量子模拟机、研制可编程的通用量子计算原型机，被认为是量子计算研究的3个里程碑。

“这一成果意味着我国成功达到量子计算研究的第一个里程碑——量子计算优越性，牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位，为未来实现规模化量子模拟机奠定了技术基础。”潘建伟表示，“我国迅速而有效地控制住新冠肺炎疫情，为我们实现‘量子计算优越性’里程碑奠定了外部环境基础，否则，这一成果的取得可能会大大延后。”