5月13日晚，記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，由該校潘建偉、陸朝陽、張強、劉乃樂等學者領(lǐng)銜，聯(lián)合其他科研單位共同研發(fā)的可編程量子計算原型機“九章四號”正式問世。這一成果首次實現(xiàn)了對高達3050個光子的量子態(tài)操縱與探測，在求解高斯玻色采樣這一特定任務(wù)時，計算速度比當前全球最快的超級計算機El Capitan快10的54次方倍，成功搭建起目前國際上領(lǐng)先的“量子計算優(yōu)越性”標桿，相關(guān)研究論文已刊發(fā)在國際權(quán)威學術(shù)期刊《自然》上。

九章四號原型機示意圖。中國科大供圖

量子計算依托量子疊加、量子糾纏的獨特物理特性，在處理特定復雜問題時，能夠?qū)崿F(xiàn)遠超過經(jīng)典計算機的運算能力。而“量子計算優(yōu)越性”，是量子計算走向?qū)嵱没仨毧邕^的關(guān)鍵門檻，也是衡量一個國家量子計算領(lǐng)域研究水平的核心指標。

九章四號量子計算原型機。鄭鴻潔 攝

在這場量子計算的全球競賽中，中國科大聯(lián)合團隊針對同一高斯玻色采樣任務(wù)，對比超算求解所需的時間與能耗，全面打破了美國谷歌公司2019年提出的“量子霸權(quán)”記錄，重新劃定了“量子計算優(yōu)越性”的新高度。

九章四號量子計算原型機。周欣宇 攝

九章四號量子計算原型機。周欣宇 攝

中國科大在光量子計算領(lǐng)域的研究一直在穩(wěn)步推進：2020年，團隊成功研制出搭載76個光子的“九章”光量子計算原型機，在全球范圍內(nèi)首次在光學體系實現(xiàn)了量子計算優(yōu)越性；2021年，團隊將可操縱光子數(shù)提升至113個，推出支持相位編程的“九章二號”，同年又成功研制出56比特的超導量子計算原型機“祖沖之二號”，讓中國成為了全球唯一一個同時在光量子、超導量子兩條技術(shù)路線上都實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性的國家；2023年問世的“九章三號”，再次將可操縱光子數(shù)刷新到255個，量子優(yōu)勢進一步提升，始終保持著國際領(lǐng)先地位。

光量子計算的國際競爭態(tài)勢。中國科大供圖

據(jù)“九章”系列研發(fā)團隊介紹，在推進大規(guī)模量子處理器研發(fā)的過程中，隨著量子編碼線路變得越來越龐大復雜，難以避免的光子損耗一直是限制量子系統(tǒng)規(guī)模擴展的核心難題。為解決這一痛點，“九章四號”研發(fā)團隊自主開發(fā)出高效率光參量振蕩器光源，以及全新的時空混合編碼干涉儀，最終實現(xiàn)了92%的光源效率和51%的系統(tǒng)總效率。這種全新的時空混合編碼架構(gòu)，讓系統(tǒng)連接度實現(xiàn)了立方級提升，使得原型機能夠在規(guī)模極大的希爾伯特空間中完成采樣任務(wù)。這一系列技術(shù)突破，讓研究團隊最終獲得了操縱、探測3050個光子的能力，這一數(shù)字比此前的最好結(jié)果提升了十倍以上。

九章四號相對目前最快超級計算機的加速比。中國科大供圖

團隊還將實驗結(jié)果和當前所有最先進的經(jīng)典模擬算法做了對比基準測試，其中專門針對利用光子損耗設(shè)計的矩陣乘積態(tài)算法做了驗證。測試結(jié)果顯示，“九章四號”生成一個高斯玻色采樣樣本僅需要25微秒，而如果用全球最強超級計算機El Capitan搭配目前最優(yōu)的經(jīng)典算法完成同樣任務(wù)，需要的時間超過10的42次方年，“九章四號”展現(xiàn)出的量子優(yōu)勢達到了10的54次方量級。

九章四號量子計算原型機。胡毅洋 攝

團隊專家表示，“九章四號”的成功研制，標志著低損耗光量子處理器在規(guī)模和復雜度上實現(xiàn)了重大跨越，進一步鞏固了我國在光量子計算領(lǐng)域的全球領(lǐng)先地位。

信息來源：安徽日報

責任編輯：周悅

原標題：《“九章四號”原型機在合肥問世》

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