“九章”问世,中国科学家到达“量子计算优越性”里程碑

作者: 林梅

来源: 果壳

发布日期: 2020-12-04

中国科学技术大学的研究团队成功构建了76个光子的量子计算原型机“九章”,实现了量子计算优越性,速度比现有超级计算机快一百万亿倍。这一成果标志着我国在量子计算研究中达到了重要里程碑,并为未来的量子计算机实用化奠定了基础。

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队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快一百万亿倍(“九章”一分钟完成的任务,超级计算机需要大约一亿年)。

等效地,其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”快一百亿倍。

这一成果使得我国成功达到了量子计算研究的第一个里程碑:量子计算优越性(国外也称之为“量子霸权”),相关论文于12月4日以“First Release”形式在线发表于国际学术期刊Science。

墨子沙龙是中国科学技术大学上海研究院于2016年起举办的沙龙活动,主要以面向大众的自然科学科普为主,后期还将陆续添加人文、艺术、健康等主题的讲座或讨论内容。墨子沙龙每月一次,邀请国内外知名科学家为大家讲述科学的那些事儿。

量子计算机的概念在科幻作品中常常被提及,例如刘慈欣的中短篇小说《镜子》中,主人公白冰使用一台超弦计算机逃脱追捕。量子计算机的核心在于其利用量子叠加性进行并行计算,能够在特定任务上超越经典计算机。

2012年,美国物理学家John Preskill首次提出“量子计算优越性”这一概念,认为当可操纵的量子比特数量达到一定程度时,量子计算优越性将得以实现。谷歌在2019年宣布实现量子计算优越性,展示了一种名为“随机线路采样”的任务,并与经典计算机进行了比较。

在量子计算优越性的研究中,玻色采样被认为是一个重要的任务。2010年,Scott Aaronson和Alex Arkhipov首次提出了玻色采样问题,这一问题的复杂性使得经典计算机在处理时面临极大的挑战。

中国科大潘建伟、陆朝阳团队在2017年实现了5光子的玻色采样,标志着量子计算机的研究进入了一个新的阶段。2019年,他们进一步推进,成功实现了20光子输入的玻色采样。

2020年,他们利用50个单模压缩态光源,构建了76个光子的高斯玻色采样量子计算原型机“九章”。这一成果不仅在技术上具有重要意义,也为量子计算机的实用化奠定了基础。

“九章”在性能上相较于经典计算机展现出显著优势,能够在200秒内完成的任务,经典计算机需要数亿年才能完成。该成果的实现,标志着中国在国际量子计算研究中占据了重要位置,并为未来解决具有重大实用价值的问题提供了潜在的前景。

量子计算机的研制已成为世界科技前沿的最大挑战之一,未来的研究将继续朝着更高的量子比特数和更高的精度发展,以实现可编程的通用量子计算原型机。

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