中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)等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)研究中心的研究人員合作，構(gòu)建了76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，實(shí)現(xiàn)了具有實(shí)用前景的“高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解，使得我國(guó)成功達(dá)到量子計(jì)算研究的首個(gè)里程碑——“量子計(jì)算優(yōu)越性”，為實(shí)現(xiàn)可解決具有重大實(shí)用價(jià)值問(wèn)題的規(guī)模化量子模擬機(jī)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(dāng)前，研制量子計(jì)算機(jī)已成為世界科技前沿的最大挑戰(zhàn)之一。相比經(jīng)典計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)在原理上具有超快的并行計(jì)算能力，有望有效推動(dòng)密碼破譯、材料設(shè)計(jì)、藥物分析等重大難題的解決。實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”、研制可相干操縱數(shù)百個(gè)量子比特的量子模擬機(jī)和可編程的通用量子計(jì)算原型機(jī)，被認(rèn)為是量子計(jì)算的三個(gè)里程碑。

   潘建偉團(tuán)隊(duì)一直在光量子信息處理方面處于國(guó)際領(lǐng)先水平。2017年，該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算原型機(jī)。2019年，該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了20個(gè)光子輸入60個(gè)模式干涉線路的玻色取樣，輸出復(fù)雜度相當(dāng)于48個(gè)量子比特的希爾伯特態(tài)空間，逼近“量子計(jì)算優(yōu)越性”。

   近期，潘建偉團(tuán)隊(duì)通過(guò)自主研制同時(shí)具備高效率、高全同性、極高亮度和大規(guī)模擴(kuò)展能力的量子光源，成功構(gòu)建了76個(gè)光子100個(gè)模式的“高斯玻色取樣”量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，輸出量子態(tài)空間規(guī)模達(dá)10的30次方，實(shí)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(shí)現(xiàn)的“量子計(jì)算優(yōu)越性”不依賴于樣本數(shù)量，克服了谷歌“隨機(jī)線路取樣”實(shí)驗(yàn)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(guó)在國(guó)際量子計(jì)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(lái)在圖論、機(jī)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(jià)值。

   德國(guó)馬普學(xué)會(huì)量子光學(xué)研究所所長(zhǎng)、沃爾夫獎(jiǎng)得主Ignacio Cirac認(rèn)為，這是量子科技領(lǐng)域的一個(gè)重大突破，朝著研制相比經(jīng)典計(jì)算機(jī)具有量子優(yōu)勢(shì)的量子設(shè)備邁出一大步。■