◎ 科技日報(bào)記者 吳長鋒

記者于5月13日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，由該校潘建偉、陸朝陽、張強(qiáng)、劉乃樂領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合國內(nèi)多家合作單位，成功研發(fā)出擁有1024個(gè)量子壓縮態(tài)輸入、8176個(gè)模式的可編程光量子計(jì)算原型機(jī)，也就是“九章四號”，這也是全球范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)對高達(dá)3050個(gè)光子的量子態(tài)進(jìn)行穩(wěn)定操縱與精準(zhǔn)探測。

此次研發(fā)成功的“九章四號”可用于高效完成高斯玻色采樣任務(wù)，它的計(jì)算速度比當(dāng)前全球性能最強(qiáng)的超級計(jì)算機(jī)El Capitan快10⁵⁴倍，成功搭建起目前國際上算力優(yōu)勢最顯著的“量子計(jì)算優(yōu)越性”標(biāo)桿，相關(guān)研究成果已于5月13日在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》正式上線發(fā)表。

作為“九章”系列的專用量子計(jì)算原型機(jī)，這類裝置不但是展示量子計(jì)算優(yōu)越性的核心實(shí)驗(yàn)平臺，還可以用于制備容錯(cuò)量子計(jì)算所需的玻色糾錯(cuò)碼，以及構(gòu)建大規(guī)模量子糾纏簇態(tài)，為后續(xù)通用量子計(jì)算發(fā)展打下基礎(chǔ)。不過，在拓展光量子處理器規(guī)模的過程中，隨著量子編碼線路的體量和復(fù)雜度不斷提升，無法完全避免的光子損耗問題，一直是限制整個(gè)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)展的核心瓶頸。

針對這一行業(yè)共性難題，此次研究團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)了高效率光參量振蕩器光源，以及創(chuàng)新性的時(shí)空混合編碼干涉儀，成功將1024個(gè)高效率壓縮態(tài)光場集成到擁有8176個(gè)模式的時(shí)空混合編碼線路當(dāng)中，最終實(shí)現(xiàn)了92%的光源利用效率，以及51%的系統(tǒng)總利用效率，讓整個(gè)系統(tǒng)可以在維度高達(dá)102461維的希爾伯特空間中完成玻色采樣任務(wù)。依托這套全新設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)終于實(shí)現(xiàn)了對最高3050個(gè)光子的操縱與探測，這個(gè)可操縱光子的規(guī)模相比此前的國際最優(yōu)結(jié)果提升了超過10倍。

公開基準(zhǔn)測試的結(jié)果顯示，“九章四號”生成一個(gè)高斯玻色采樣樣本僅需要25微秒，而如果使用當(dāng)前全球最快的超級計(jì)算機(jī)El Capitan配合目前最優(yōu)的經(jīng)典算法完成相同任務(wù)，需要超過10⁴²年才能得到結(jié)果，量子計(jì)算的優(yōu)勢倍率達(dá)到了10⁵⁴量級。

“九章四號”的研發(fā)成果，代表著低損耗光量子處理器在規(guī)模和復(fù)雜度上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，再次夯實(shí)了我國在光量子計(jì)算領(lǐng)域的全球領(lǐng)先地位。