中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、國家并行計算機工程技術(shù)研究中心的研究人員合作，構(gòu)建了76個光子的量子計算原型機“九章”，實現(xiàn)了具有實用前景的“高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解，使得我國成功達到量子計算研究的首個里程碑——“量子計算優(yōu)越性”，為實現(xiàn)可解決具有重大實用價值問題的規(guī)模化量子模擬機奠定技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)成果于2020年12月4日在線發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

   當前，研制量子計算機已成為世界科技前沿的最大挑戰(zhàn)之一。相比經(jīng)典計算機，量子計算機在原理上具有超快的并行計算能力，有望有效推動密碼破譯、材料設(shè)計、藥物分析等重大難題的解決。實現(xiàn)“量子計算優(yōu)越性”、研制可相干操縱數(shù)百個量子比特的量子模擬機和可編程的通用量子計算原型機，被認為是量子計算的三個里程碑。

   潘建偉團隊一直在光量子信息處理方面處于國際領(lǐng)先水平。2017年，該團隊構(gòu)建了世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算原型機。2019年，該團隊實現(xiàn)了20個光子輸入60個模式干涉線路的玻色取樣，輸出復(fù)雜度相當于48個量子比特的希爾伯特態(tài)空間，逼近“量子計算優(yōu)越性”。

   近期，潘建偉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(guī)模擴展能力的量子光源，成功構(gòu)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”，輸出量子態(tài)空間規(guī)模達10的30次方，實現(xiàn)“高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解。值得一提的是，“九章”所實現(xiàn)的“量子計算優(yōu)越性”不依賴于樣本數(shù)量，克服了谷歌“隨機線路取樣”實驗中依賴于樣本數(shù)量的漏洞。

   潘建偉表示，這一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。基于“九章”的“高斯玻色取樣”算法，未來在圖論、機器學(xué)習(xí)、量子化學(xué)等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價值。

   德國馬普學(xué)會量子光學(xué)研究所所長、沃爾夫獎得主Ignacio Cirac認為，這是量子科技領(lǐng)域的一個重大突破，朝著研制相比經(jīng)典計算機具有量子優(yōu)勢的量子設(shè)備邁出一大步。■