求解特定問題比超算快一億億倍！中國科學家成功研制“九章三號”量子計算原型機

記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊與中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、國家并行計算機工程技術(shù)研究中心合作，近期成功構(gòu)建255個光子的量子計算原型機“九章三號”，再度刷新光量子信息技術(shù)世界紀錄，求解高斯玻色取樣數(shù)學問題比目前全球最快的超級計算機快一億億倍，在研制量子計算機之路上邁出關(guān)鍵一步。

1981年，諾貝爾獎獲得者理查德·費曼提出量子計算機構(gòu)想。作為信息科技“后摩爾時代”一種新型計算范式，量子計算在原理上具有超快并行計算能力，可通過特定算法產(chǎn)生超越傳統(tǒng)計算機的算力，解決重大經(jīng)濟社會問題。

“九章三號”實驗裝置示意圖。（中國科學技術(shù)大學供圖）

2020年，潘建偉團隊成功構(gòu)建76個光子的量子計算原型機“九章”，處理高斯玻色取樣問題的速度比當時最快的超級計算機快一百萬億倍，使中國成為全球第二個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。2021年，他們進一步成功研制113個光子的“九章二號”和66比特的“祖沖之二號”量子計算原型機，使中國成為唯一在光學和超導兩條技術(shù)路線都實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。

近兩年，他們在理論上首次開發(fā)了包含光子全同性的新理論模型，實現(xiàn)更精確的理論與實驗吻合度，同時發(fā)展了完備的貝葉斯驗證和關(guān)聯(lián)函數(shù)驗證。

“我們研制了基于光纖時間延遲環(huán)的超導納米線探測器，首先把多光子態(tài)分束到不同空間模式，然后通過延時把空間轉(zhuǎn)化為時間，實現(xiàn)了準光子數(shù)可分辨的單光子探測系統(tǒng)?！毖芯繄F隊成員、中國科大教授陸朝陽說，這些創(chuàng)新使團隊首次實現(xiàn)了對255個光子的操縱能力，極大提升計算的復雜度。

根據(jù)業(yè)界公開發(fā)表的最優(yōu)經(jīng)典精確采樣算法，“九章三號”處理高斯玻色取樣的速度比“九章二號”提升一百萬倍，“九章三號”1微秒可算出的最復雜樣本，當前全球最快的超級計算機“前沿”（Frontier）約需200億年。

10月11日，國際知名學術(shù)期刊《物理評論快報》發(fā)表了該成果。

據(jù)悉，未來的通用型量子計算機可望在密碼破譯、天氣預報、材料設(shè)計等領(lǐng)域發(fā)揮作用，目前的“九章三號”還只是具有潛在應用價值的“單項冠軍”。

潘建偉團隊表示，期待這次突破能激發(fā)科學界更多關(guān)于經(jīng)典算法模擬的研究，解決各種科學和工程挑戰(zhàn)，加快實現(xiàn)通用型量子計算機。（記者 徐海濤、陳諾、戴威）