我们的科学家建造了76个光子量子计算原型“九章”

3日，记者从中国科学技术大学获悉，由潘建伟、卢朝阳组成的研究团队与中国科学院上海微系统研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，构建了一个76光子的量子计算原型“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色采样”任务的快速求解。量子计算系统处理高斯玻色样本的速度比目前最快的超级计算机快100万亿倍，比谷歌去年发布的53位超导量子计算原型“铃木”快100亿倍。这一成就使我国成功达到量子计算研究的第一个里程碑：量子计算的优越性(国外称为“量子霸权”)。相关论文在线发表于国际学术期刊《科学》。

量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，与经典计算机相比可以实现指数级的加速。目前，量子计算机已经成为欧美发达国家竞争的焦点。国际同行公认，量子计算机的研究有三个指标发展阶段：第一阶段是研制一台50-100量子位的高精度专用量子计算机，从而实现量子计算在计算科学上优越性的里程碑。第二阶段是开发一个量子模拟器，可以相干操纵数百个量子位。第三阶段，可集成量子比特数大幅增加到数百万，实现容错量子逻辑门，开发可编程通用量子计算原型。

2017年，潘建伟的团队建造了世界上第一台超越早期经典计算机(ENIAC)的光量子计算原型。2019年团队实现了20个光子输入的60模干涉线玻色采样，输出复杂度相当于48个量子比特的希尔伯特状态空间，接近量子计算的优越性。

通过自主研发高效率、高各向同性、极高亮度、大规模扩展能力的量子光源，研究团队成功构建了76个光子、100个模式的高斯玻色采样量子计算原型“九章”，这意味着纪念中国古代最早的数学专著《九章算术》。它的输出量子态空间已经达到1030，比目前世界第一的超级计算机“福越”快100万亿倍，比谷歌去年发布的53位量子计算原型“悬铃木”快100亿倍。同时也堵住了Google 53位随机线采样实验中量子计算的优越性取决于样本数的漏洞。

这一成果牢固确立了中国作为国际量子计算研究第一方阵的地位，为实现未来能够解决具有重大实用价值问题的大规模量子模拟器奠定了技术基础。评论家们把这项工作评价为“最先进的实验”和“伟大的成就”。潘建伟说，量子计算优越性的实验不是一蹴而就的。最终，量子并行将产生超越经典计算机的计算能力。