科學(xué)家構建113個(gè)光子144模式的量子計算原型機“九章二號”

記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校中科院量子信息與量子科技創(chuàng )新研究院潘建偉、陸朝陽(yáng)、劉乃樂(lè )等與國內團隊合作，發(fā)展了量子光源受激放大的理論和實(shí)驗方法，構建了113個(gè)光子144模式的量子計算原型機“九章二號”，并實(shí)現了相位可編程功能，完成了對用于演示“量子計算優(yōu)越性”的高斯玻色取樣任務(wù)的快速求解。相關(guān)成果論文于2021年10月26日以“編輯推薦”的形式發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》上。

大規模量子計算機的物理實(shí)現是世界科技前沿的重大挑戰之一。量子計算的物理實(shí)現，國際學(xué)術(shù)界采取三步走的路線(xiàn)圖。其中，第一個(gè)里程碑，在學(xué)術(shù)上被稱(chēng)為“量子計算優(yōu)越性”，其含義是通過(guò)高精度地操縱近百個(gè)物理比特，用來(lái)高效地解決超級計算機都無(wú)法在合理時(shí)間內解決的特定高復雜度數學(xué)問(wèn)題，并挑戰“擴展的丘奇—圖靈論題”。

2020年，潘建偉團隊成功構建了76個(gè)光子100個(gè)模式的高斯玻色取樣量子計算原型機“九章”，處理高斯玻色取樣的速度比超級計算機快一百萬(wàn)億倍。在“九章”的基礎上，研究人員設計并實(shí)現了受激雙模量子壓縮光源，顯著(zhù)提高了量子光源的產(chǎn)率、品質(zhì)和收集效率。其次，通過(guò)三維集成和收集光路的緊湊設計，多光子量子干涉線(xiàn)路增加到了144維度。由此，“九章二號”探測到的光子數增加到了113個(gè)，輸出態(tài)空間維度達到了10的43次方。進(jìn)一步通過(guò)動(dòng)態(tài)調節壓縮光的相位，研究人員實(shí)現了對高斯玻色取樣矩陣的重新配置，演示了“九章二號”可用于求解不同參數數學(xué)問(wèn)題的編程能力。

根據現已正式發(fā)表的最優(yōu)經(jīng)典算法理論，“九章二號”處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級計算機快10的24次方倍。這一成果再次刷新了國際上光量子操縱的技術(shù)水平。著(zhù)名量子物理學(xué)家、加拿大Calgary大學(xué)教授Barry Sanders同時(shí)受邀在Physics網(wǎng)站上謄寫(xiě)長(cháng)篇評述文章，稱(chēng)贊該工作是“令人激動(dòng)的實(shí)驗杰作，“令人印象深刻的最前沿的進(jìn)步”。(科技日報記者 吳長(cháng)鋒)

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