路漫漫其修遠兮

薛山

光學量子計算的突破

中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽團隊構建的一套光量子計算系統，最近在高斯玻色采樣（Gaussian Boson Sampling）問題上取得重要突破，求解速度達到目前全球最快的超級計算機的一百萬億倍，遠遠超過經典計算機，該研究成果于北京時間2020年12月4日凌晨在《科學》雜志在線發表，論文標題為 “用光子實現量子計算優越性”（Quantum computational advantage using photons）。這意味著中國科學家首次實現了 “在某個特定問題上的計算能力遠超現有最強的傳統計算機，而傳統計算機在有限時間內無法完成計算”的量子優越性。

在本研究中，潘建偉和同事們構建了76個光子的量子計算原型機 “九章”，實現了高斯玻色采樣的快速求解，“九章”在對5000萬個樣本采樣的情況下，200秒就能完成計算，而目前全球最快的超級計算機“富岳”則要花費6億年之久。如果單純以計算時間進行對比，“九章”的計算速度甚至是去年谷歌“懸鈴木”的100億倍之多，但“懸鈴木”的計算位元使用的是超導量子，“九章”則是光量子，兩者的優化策略并不相同，計算內容也有一定的區別，因此這種對比其實意義不大。

而且與谷歌采用-273℃左右的超導線圈產生量子比特不同，潘建偉團隊用光子實現量子計算的大部分實驗過程可以在常溫下進行。他們將一束定制的激光分成強度相等的13條路徑，聚焦在25個晶體上產生25個特殊狀態的量子光源，光源通過2米自由空間和20米光纖（其中5米纏繞在一個壓電陶瓷上），進入干涉儀和彼此 “對話”，最后的輸出結果由100個超導納米線單光子探測器探測，最終有76個探測器探測到了光子。……