光子处理器“点亮”量子计算 完成超级计算需要36微秒 而超级计算需要9000年

光子处理器“点亮”量子计算。图片：《自然》网络版

英国杂志《自然》 1日报道的一种量子光子处理器，可以在短短36微秒内完成一台超级计算机需要9000多年才能完成的任务。该系统是对过去展示的光子设备的改进，可能代表着创建量子计算机的关键一步。

量子设备的一个关键目标是超越经典系统，建立“量子优势”，但迄今为止只有少数实验报道了这一成就。显示量子系统优于经典计算机的方法之一，就是从描述光子通过网络传播特性的未知概率分布出发，比较两种系统的采样速度，这就是所谓的高斯玻色采样。人们可以计算出经典计算机执行这项任务所需的时间。光子的数量有一个阈值，超过这个阈值，经典计算机就无法在合理的时间内完成计算。

过去报道的高斯玻色采样实验使用了多达113个光子，这些光子在固定的反射镜和透镜网络中传播。这一次，加拿大Xanadu公司的研究人员Jonathan Lavay及其同事报告的实验是在一个可编程的光子单处理器上进行的，该处理器最多可以探测219个光子(平均125个)。他们提出，这是迄今为止报道的最大的量子优势光子实验。与其他光子实验相比，性能的提高可以归功于光子探测实验的简化、可编程性的引入以及对“欺骗”(即量子结果可以被经典算法重复)脆弱性的降低。

这个实验非常了不起，因为与之前的原理验证实验相比，可编程光子处理器更接近量子商用器件的可能形式。

在同时发表的新闻和观点文章中，巴西弗罗米宁塞联邦大学研究员丹尼尔布罗德(Daniel Broad)写道，拉沃伊及其同事的这项工作解决了技术问题，这可能使他们能够“在朝着可行的量子计算机的长期竞争中占据领先地位”。

当算法运行在明确定义的任务上时，量子计算机的性能明显优于当今最好的经典计算机。然而，量子计算的优势并不能通过在所有量子门上提供可编程的光子机器来充分展示。现在科学家们已经报告了一种光子处理器，它可以在所有实现的门上提供动态编程能力。从“9000多年”到“36微秒”，这个运行时间的优势是早期光子机报道的极限值的5000万倍以上！这无疑是实用量子计算机道路上的一个关键里程碑，也证明了光子学确实可以成为实现这一目标的关键技术。