中科大成功研制113個(gè)光子的“九章二號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)宣布，該校潘建偉、陸朝陽(yáng)、劉乃樂(lè)等人與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，近期成功構(gòu)建 113 個(gè)光子 144 模式的量子計(jì)算原型機(jī)“九章二號(hào)”，求解高斯玻色取樣數(shù)學(xué)問(wèn)題比目前全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快 10 的 24 次方倍（億億億倍），在研制量子計(jì)算機(jī)之路上邁出重要一步！

1981年，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德·費(fèi)曼提出了量子計(jì)算機(jī)構(gòu)想，如何把“構(gòu)想”變成現(xiàn)實(shí)一直是科學(xué)家們的夢(mèng)想。目前，量子計(jì)算已被認(rèn)為可能是下一代信息革命的關(guān)鍵技術(shù)，可通過(guò)特定算法產(chǎn)生超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的算力，解決重大經(jīng)濟(jì)社會(huì)問(wèn)題。因此，研制量子計(jì)算機(jī)成為世界科技前沿重大挑戰(zhàn)。

2020年，潘建偉團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，處理高斯玻色取樣問(wèn)題的速度只需要200秒，比超級(jí)計(jì)算機(jī)快一百萬(wàn)億倍，使中國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”(也稱(chēng)量子霸權(quán))的國(guó)家。

今年以來(lái)，潘建偉團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一系列概念和技術(shù)創(chuàng)新，于近期成功研制出“九章二號(hào)”。“我們主要有三大突破，首先顯著提高了量子光源的產(chǎn)率、品質(zhì)和收集效率，將光源關(guān)鍵指標(biāo)從63%提升到92%。其次，將多光子量子干涉線路從100維度增加到144維度，操縱的光子數(shù)從76個(gè)增加到113個(gè)。第三，新增了可編程功能。”研究團(tuán)隊(duì)成員、中科大教授陸朝陽(yáng)說(shuō)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，“九章二號(hào)”的算力實(shí)現(xiàn)巨大提升。根據(jù)目前已發(fā)表的最優(yōu)經(jīng)典算法，“九章二號(hào)”求解高斯玻色取樣問(wèn)題的處理速度，比全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快億億億倍，比“九章”快100億倍。“九章二號(hào)”1毫秒可算出的問(wèn)題，全球“最快超算”需30萬(wàn)億年。

“目前的‘九章二號(hào)’還只是‘單項(xiàng)冠軍’，但其超強(qiáng)算力，在圖論、量子化學(xué)等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。”陸朝陽(yáng)說(shuō)。“未來(lái)的通用型量子計(jì)算機(jī)可望在密碼破譯、天氣預(yù)報(bào)、材料設(shè)計(jì)、藥物分析等領(lǐng)域發(fā)揮作用。”

10月25日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》發(fā)表了該研究成果。量子物理學(xué)家、加拿大卡爾加里大學(xué)教授巴里·桑德斯認(rèn)為，這是“令人激動(dòng)的實(shí)驗(yàn)杰作”。