“九章”问世！“量子霸权”实现_风闻

Science_北京-不惧过往，不畏将来！2020-12-04 14:55

2020-12-04

12月4日，中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，求解数学算法高斯玻色取样只需200秒，而目前世界最快的超级计算机要用6亿年。这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”（量子霸权）的国家。

光量子干涉实物图：左下方为输入光学部分，右下方为锁相光路，上方共输出100个光学模式，分别通过低损耗单模光纤与100超导单光子探测器连接。中国科学技术大学供图

200秒只是短短一瞬，6亿年早已是沧海桑田。12月4日，中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，求解数学算法高斯玻色取样只需200秒，而目前世界最快的超级计算机要用6亿年。这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。

“量子优越性像个门槛，是指当新生的量子计算原型机，在某个问题上的计算能力超过了最强的传统计算机，就证明其未来有多方超越的可能。”中科大教授陆朝阳说，多年来国际学界高度关注、期待这个里程碑式转折点到来。

去年9月，美国谷歌公司推出53个量子比特的计算机“悬铃木”，对一个数学算法的计算只需200秒，而当时世界最快的超级计算机“顶峰”需2天，实现了“量子优越性”。

近期，潘建伟团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”。

实验显示，当求解5000万个样本的高斯玻色取样时，“九章”需200秒，而目前世界最快的超级计算机“富岳”需6亿年。等效来看，“九章”的计算速度比“悬铃木”快100亿倍，并弥补了“悬铃木”依赖样本数量的技术漏洞。

据悉，潘建伟团队这次突破历经20年，主要攻克高品质光子源、高精度锁相、规模化干涉三大技术难题。

“比如说，我们每次喝下一口水很容易，但每次喝下一个水分子很困难。”潘建伟说，光子源要保证每次只放出1个光子，且每个光子一模一样，这是巨大挑战。同时，锁相精度要在10的负9次方以内，相当于100公里距离的传输误差不能超过一根头发直径。

值得一提的是，“九章”所实现的量子计算优越性不依赖于样本数量，克服了谷歌“随机线路取样”实验中量子优越性依赖于样本数量的漏洞。

潘建伟表示，这一成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位。

与通用计算机相比，“九章”还只是“单项冠军”。但基于“九章”的高斯玻色取样算法，未来其在图论、机器学习、量子化学等领域具有重要的潜在应用价值。

德国马普学会量子光学研究所所长、沃尔夫奖得主Ignacio Cirac认为，这是量子科技领域的一个重大突破，朝着研制相比经典计算机具有量子优势的量子设备迈出一大步。

美国国家科学院院士、沃尔夫奖得主Peter Zoller表示，该实验无论是在量子系统大小和扩展性方面，还是在实际应用前景方面，都把研究水平提升到了一个新的高度。

12月4日，国际学术期刊《科学》发表了该成果，审稿人评价这是“一个最先进的实验”“一个重大成就”。