重磅！我國量子計(jì)算優(yōu)越性研究取得重要進(jìn)展,！

太少或太多

近日,，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在超導(dǎo)量子和光量子兩種系統(tǒng)的量子計(jì)算方面取得重要進(jìn)展，使我國成為目前世界上唯一在兩種物理體系達(dá)到量子計(jì)算優(yōu)越性里程碑的國家,。

背景：

量子計(jì)算被認(rèn)為可能是下一代信息革命的關(guān)鍵技術(shù),。大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)，是世界科技前沿的重大挑戰(zhàn)之一,。量子計(jì)算機(jī)對特定問題的求解超越超級(jí)計(jì)算機(jī),，即量子計(jì)算優(yōu)越性�,；诔瑢�(dǎo)比特的隨機(jī)線路取樣和基于光子的玻色取樣,，均是實(shí)驗(yàn)展示量子計(jì)算優(yōu)越性的兩種重要方案。

“祖沖之二號(hào)”：

在超導(dǎo)體系達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”

“祖沖之二號(hào)”量子處理器圖（來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)）

中科大中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院潘建偉,、朱曉波,、彭承志等組成的研究團(tuán)隊(duì)與中科院上海技術(shù)物理研究所合作，構(gòu)建了66比特可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之二號(hào)”,，實(shí)現(xiàn)了對“量子隨機(jī)線路取樣”任務(wù)的快速求解,。這是繼光量子計(jì)算原型機(jī)“九章”后，我國在超導(dǎo)量子比特體系首次達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑,。

根據(jù)現(xiàn)有理論,，“祖沖之二號(hào)”處理的量子隨機(jī)線路取樣問題的速度比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快7個(gè)數(shù)量級(jí)，計(jì)算復(fù)雜度比谷歌公開報(bào)道的53比特超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“懸鈴木”提高了6個(gè)數(shù)量級(jí),。相關(guān)論文日前發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報(bào)》和《科學(xué)通報(bào)》上,。

潘建偉、朱曉波,、彭承志等長期瞄準(zhǔn)超導(dǎo)量子計(jì)算領(lǐng)域,，于2021年5月構(gòu)建了當(dāng)時(shí)國際上量子比特?cái)?shù)目最多的62比特超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”,，并實(shí)現(xiàn)了可編程的二維量子行走。在此基礎(chǔ)上,，團(tuán)隊(duì)采用全新的倒裝焊3D封裝工藝,，解決了大規(guī)模比特集成的問題，研制成功“祖沖之二號(hào)”,。

“九章二號(hào)”：

比全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快億億億倍

“九章二號(hào)”整體裝置圖（來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)）

潘建偉,、陸朝陽、劉乃樂等人與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所,、國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作,，近期成功構(gòu)建量子計(jì)算原型機(jī) “九章二號(hào)”，再次刷新國際上光量子操縱的技術(shù)水平,。

10月26日,，《物理評論快報(bào)》發(fā)表了該研究成果。著名量子物理學(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”。

潘建偉團(tuán)隊(duì)一直在光量子信息處理方面處于國際領(lǐng)先水平,。2020年,，該團(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”,，使中國成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家,。

今年以來，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113個(gè)光子144模式的量子計(jì)算原型機(jī)“九章二號(hào)”,。“九章二號(hào)” 的算力實(shí)現(xiàn)巨大提升,，其在高斯玻色取樣問題上的處理速度比全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快一千萬倍,，比“九章”快100億倍。全球“最快超算”需30萬億年可算出的問題,，“九章二號(hào)”只需1毫秒即可解決,。

據(jù)研究團(tuán)隊(duì)成員、中科大教授陸朝陽介紹,，相比之前,，“九章二號(hào)”實(shí)現(xiàn)了三大突破：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,。

當(dāng)然,，量子優(yōu)越性實(shí)驗(yàn)并不是一蹴而就的工作，而是更快的經(jīng)典算法和不斷提升的量子計(jì)算硬件之間的競爭,，但最終量子并行性會(huì)產(chǎn)生經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法企及的算力,。未來的通用型量子計(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)揮重大作用,。

來源 | 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

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