我国科研人员使用“九章”光量子计算原型机完成两类图论问题的求解

中国科学技术大学网站6月7日消息，该校潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队基于“九章”光量子计算原型机完成了对“稠密子图”和“Max-Haf”两类图论问题的求解，实验中使用了超过20万个80光子符合计数样本，实验速率相比全球最快超级计算机使用当前最优经典算法快约1.8亿倍。

据悉，研究团队通过实验和理论研究了“九章”处理这两类图论问题为搜索算法带来的加速，及该加速对于问题规模和实验噪声的依赖关系。该研究成果系首次在具有量子计算优越性的光量子计算原型机上开展的面向具有应用价值问题的实验研究。相关论文近日以“编辑推荐”的形式发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上，并被Physics网站专题报道。

该研究成果系首次在具有量子计算优越性的光量子计算原型机上开展的面向具有应用价值问题的实验研究。相关论文近日以“编辑推荐”的形式发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上，并被Physics网站专题报道。

图片1：“九章”量子计算原型机与图论问题对应关系原理示意图

量子计算机的物理实现是当前科技前沿的重大挑战之一。国际学术界对量子计算的实验发展制定了三步走的路线图，其中第一步是实现“量子计算优越性”。“量子计算优越性”是指，通过高精度地操纵近百个物理比特，高效求解超级计算机无法在合理时间内解决的特定的高复杂度数学问题。这一步的意义在于首次从实验上确凿地证明量子计算加速，并挑战“扩展的丘奇—图灵论题”。

2019年底，美国谷歌公司利用超导量子比特宣布实现“量子计算优越性”，但随之经典模拟算法取得快速发展，谷歌的这一宣称受到挑战。2020年，中国科大潘建伟团队成功构建了76个光子100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机“九章”，首次达到基于光子的“量子计算优越性”里程碑。2021年，潘建伟团队进一步成功研制了 “祖冲之二号”和“九章二号”，使得我国成为唯一在两种技术路线都达到了“量子计算优越性”的国家。

目前，仅有谷歌、中国科大、以及加拿大Xanadu三个团队实现了“量子计算优越性”的目标。而只有在实现“量子计算优越性”的基础上，量子计算应用的实验研究才有望带来量子加速。因此，国际学术界下一阶段的一个重要科研目标是探索利用量子计算原型机演示具有实用价值的问题的求解。

该论文第一作者是博士研究生邓宇皓、龚思秋、顾义超。上述项目受到了安徽省、科技部、中科院、上海市和基金委的支持。