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我科學家構建76個光子量子計算原型機“九章”

發布日期:2020-12-7

科技日報合肥12月3日電?(記者吳長鋒)記者3日從中國科學技術大學獲悉,該校潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊,與中科院上海微系統所、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”,實現了具有實用前景的“高斯玻色取樣”任務的快速求解。該量子計算系統處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級計算機快100萬億倍,也等效地比去年谷歌發布的53個超導比特量子計算原型機“懸鈴木”快100億倍。這一成果使得我國成功達到了量子計算研究的第一個里程碑:量子計算優越性(國外稱“量子霸權”)。相關論文在線發表在國際學術期刊《科學》上。

量子計算機在原理上具有超快的并行計算能力,相比經典計算機能夠實現指數級別的加速。當前,量子計算機已成為歐美各發達國家角逐的焦點。國際同行公認量子計算機的研究有三個指標性的發展階段:第一階段發展具備50—100個量子比特的高精度專用量子計算機,實現計算科學中量子計算優越性的里程碑。第二階段是研制可相干操縱數百個量子比特的量子模擬機。第三階段則是大幅度提高可集成的量子比特數目至百萬量級,實現容錯量子邏輯門,研制可編程的通用量子計算原型機。

潘建偉團隊2017年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,該團隊實現了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空間,逼近了量子計算優越性。

研究團隊通過自主研制同時具備高效率、高全同性、極高亮度和大規模擴展能力的量子光源,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”,意為紀念中國古代最早的數學專著《九章算術》。其輸出量子態空間規模達到了1030,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100萬億倍,等效地也比谷歌去年發布的53比特量子計算原型機“懸鈴木”快100億倍,同時,還關閉了谷歌53比特隨機線路取樣實驗中量子計算優越性依賴于樣本數量的漏洞。

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,為未來實現可解決具有重大實用價值問題的規模化量子模擬機奠定了技術基礎。審稿人評價該工作是“一個最先進的實驗”“一個重大成就”。潘建偉表示,量子計算優越性實驗不是一蹴而就的工作,最終量子并行性會產生經典計算機無法企及的算力。


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