近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)(以下簡稱中科大)潘建偉團隊研制出66比特的可編程超導(dǎo)量子計算原型機“祖沖之2.0”，在隨機線路采樣任務(wù)上實現(xiàn)了量子計算優(yōu)越性，所完成任務(wù)的難度比2019年谷歌“懸鈴木”高2—3個數(shù)量級。

與此同時，潘建偉團隊升級版“九章2.0”極大地提高了量子優(yōu)勢：對于高斯玻色采樣問題，1年前的“九章”一分鐘可以完成的任務(wù)，世界上最強大的超級計算機需要花費億年時間;而“九章2.0”一分鐘完成的任務(wù)，超級計算機花費的時間要再增加百億倍。并且“九章2.0”還具有了部分可編程的能力。

“九章2.0”和“祖沖之2.0”的出現(xiàn)，使我國成為唯一在兩個物理體系中實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性的國家。

實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性的主賽道

量子計算強大的計算能力將給人類社會帶來顛覆性的改變。然而，量子態(tài)脆弱而敏感，極易受到周圍環(huán)境噪聲的影響，在實際的物理體系中建造一臺量子比特數(shù)足夠多、操控保真度足夠高的量子計算機要面臨極大挑戰(zhàn)。

2012年，加州理工學(xué)院教授、物理學(xué)家約翰·裴士基(John Preskill)提出，在達成通用量子計算這一長遠目標之前，應(yīng)該再設(shè)立兩個階段性的里程碑，其中第一個就是量子計算優(yōu)越性。

最初科學(xué)家們用來展示量子計算優(yōu)越性的特定任務(wù)，一定是精心設(shè)計、非常適合量子計算設(shè)備發(fā)揮其計算潛力的任務(wù)。這個任務(wù)不一定有實際價值，而主要用來證實量子計算的巨大潛力，同時在技術(shù)和理論上，能夠為之后的發(fā)展鋪設(shè)道路。

科學(xué)家們正基于多種物理體系和途徑，利用不同體系的特性和優(yōu)勢來開展量子計算研究。其中，超導(dǎo)量子計算作為一種固態(tài)量子計算方案具有可擴展性好、量子比特相干時間長、操作速度快、保真度高、加工工藝成熟等眾多優(yōu)點;而光學(xué)體系具有光子易于操縱、退相干很小、室溫下運行以及可用于長距離通信等優(yōu)點，因此它們都是量子信息領(lǐng)域備受關(guān)注的物理實現(xiàn)平臺。

目前階段，最可能用以演示量子計算優(yōu)越性的問題包括隨機量子線路采樣、玻色采樣、IQP線路等。其中，隨機線路采樣任務(wù)則非常適合在二維結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)量子計算芯片上完成。

玻色采樣及其“變體”高斯玻色采樣任務(wù)，特別適合于光學(xué)體系。事實上，玻色采樣實驗是一項極富挑戰(zhàn)性的任務(wù)，對光子源、光學(xué)干涉儀、單光子探測器都提出了苛刻的要求。

幾大突破讓量子計算更快更強

“‘九章2.0’在計算規(guī)模和復(fù)雜度上都較‘九章’有了顯著提升，極大地提高了之前的量子優(yōu)勢。”中科大陸朝陽教授說，與“九章”相比，“九章2.0”重點實現(xiàn)了三大突破。

首先，“九章”的總系統(tǒng)效率偏低，約為30%，其中一個主要損耗來自光源。受到激光原理的啟發(fā)，研究人員開發(fā)了受激壓縮光源，可得到同時滿足高壓縮量、高純度和高收集效率的壓縮光源。

關(guān)鍵詞： 祖沖之2 0 量子計算 量子 可編程