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實現“量子霸權”?中科大量子計算原型機“九章”問世

2020-12-04
來源:觀察者網

據中國科學技術大學12月4日消息,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”。相關論文于12月4日在線發表在國際學術期刊《科學》。

“九章”求解數學算法高斯玻色取樣只需200秒,而目前世界最快的超級計算機要用6億年。新華社報道稱,這一突破使我國成為全球第二個實現“量子優越性”(也稱“量子霸權”)的國家。

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(如密碼破譯、大數據優化、材料設計、藥物分析等)相比經典計算機實現指數級別的加速。當前,研制量子計算機已成為世界科技前沿的最大挑戰之一,成為歐美各發達國家角逐的焦點。

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”。

近期,該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,同時滿足相位穩定、全連通隨機矩陣、波包重合度優于99.5%、通過率優于98%的100模式干涉線路,相對光程10-9以內的鎖相精度,高效率100通道超導納米線單光子探測器,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學專著《九章算術》)。

《科學》雜志審稿人評價該工作是“一個最先進的實驗”(a state-of-the-art experiment),“一個重大成就”(a major achievement)。研究人員希望這個工作能夠激發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。量子優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。


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