中国量子计算原型机九章问世 目前是什么情况？

来自MicroNet的消息，据中国科学技术大学12月4日消息，由潘建伟、陆朝阳组成的研究团队与中国科学院上海微系统研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，用76个光子构建了量子计算原型的“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色采样”任务的快速求解。根据现有理论，量子计算系统处理高斯玻色样本的速度比目前最快的超级计算机快100万亿倍。

相当于比谷歌去年发布的53位超导量子计算原型“悬铃木”快100亿倍。这一成就使我国成功地达到了量子计算研究的第一个里程碑:量子计算的优越性。相关论文于12月4日在线发表在国际学术期刊《科学》上。

光量子干涉物理图:左下部分为输入光学部分，右下部分为锁相光路，上部分输出100个光模，通过低损耗单模光纤与100个超导单光子探测器相连。

量子计算机原则上具有超快速并行计算能力，通过特定的算法有望在一些具有巨大社会和经济价值的问题上实现比经典计算机指数级的加速。目前，量子计算机的发展已经成为世界科技前沿最大的挑战之一，成为欧美发达国家竞争的焦点。对于量子计算机的研究，这一领域的国际同行认识到有三个指数发展阶段:

1.开发50-100量子位的高精度专用量子计算机，高效解决超级计算机无法解决的高度复杂的具体问题，实现计算科学中“量子计算优越性”的里程碑。

第二，通过对大规模多体量子系统的精确制备、操纵和探测，研制出一种能够相干操纵数百个量子位的量子模拟器，用于解决某些超级计算机无能的大实用价值问题。

3.通过积累专用量子计算和模拟器开发过程中开发的各种技术，可以提高量子比特的操纵精度，达到量子计算苛刻的容错阈值，可以大大增加集成量子比特的数量，实现容错量子逻辑门，开发可编程通用量子计算原型。

潘建伟的团队在光量子信息处理方面一直处于国际领先水平。2017年，该团队建造了世界上第一台超越早期经典计算机的光学量子计算原型。2019年，团队进一步研制出了世界上性能最高的确定性偏振、高纯度、高各向同性、高效率的单光子源，实现了20个光子输入60模干涉线的Bose采样。输出复杂度相当于48个量子比特的希尔伯特态空，接近“量子计算优势”。

按照目前最好的经典算法，“九章”处理高斯玻色采样的速度比世界第一超级计算机“福越”快100万亿倍，相当于比谷歌去年发布的53位量子计算原型“悬铃木”快100亿倍。同时，高斯玻色采样证明的量子计算的优越性不依赖于样本数，克服了Google 53位随机电路采样实验中量子优越性依赖于样本数的漏洞。《九章》的输出量子态空达到了1030。这一成果牢固确立了中国作为国际量子计算研究第一方阵的地位，为实现未来能够解决具有重大实用价值问题的大规模量子模拟器奠定了技术基础。此外，基于“九章”量子计算原型的高斯玻色采样算法在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在的应用，将是未来发展的重要方向。

《科学》杂志的评论者将这项工作评为“最先进的实验”和“伟大的成就”。研究人员希望这项工作能够激发更多经典的算法模拟工作，预计未来会有空的改进。量子优势实验不是一蹴而就的任务，而是更快的经典算法和不断改进的量子计算硬件之间的竞争，但最终量子并行会产生超越经典计算机的计算能力。以上项目得到了中国科学院、安徽省、科技部、上海市和中国基金会的支持。