中國量子電腦原型機「九章」問世 速度快Google「懸鈴木」百億倍

撰文:孫聖然
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內地傳媒報道,中國科學技術大學研究團隊與中科院上海微系統所、國家並行計算機工程技術研究中心合作構建了76個光子的量子電腦原型機「九章」,實用前景是能夠「高斯玻色取樣」任務快速求解。
據介紹,現有理論指出,上述量子電腦系統處理高斯玻色取樣的速度,較目前最快的超級電腦快一百萬億倍(「九章」一分鐘完成的任務,超級電腦需要一億年)。等效地,其速度比去年Google發布的53個超導比特量子電腦原型機「懸鈴木」快一百億倍。

報道指,量子電腦在原理上具有超快的並行計算能力,可望通過特定算法在一些具有重大社會和經濟價值的問題方面(如密碼破譯、大數據優化、材料設計、藥物分析等),相比經典電腦實現指數級別的加速。

報道提到,當前研製量子電腦已成為世界科技前沿的最大挑戰之一,成為歐美各發達國家角逐的焦點。中國科學技術大學研究團隊一直在光量子信息處理方面處於國際領先水平。2017年,團隊構建了世界首部超越早期經典電腦(ENIAC)的光量子電腦原型機。2019年,團隊進一步研製了確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的國際最高性能單光子源,實現了20光子輸入60模式干涉線路的玻色取樣,輸出複雜度相當於48個量子比特的希爾伯特態空間,逼近了「量子計算優越性」。

團隊近日就通過自主研製同時具備高效率、高全同性、極高亮度和大規模擴展能力的量子光源,同時滿足相位穩定、全連通隨機矩陣、波包重合度優於99.5%、通過率優於98%的100模式干涉線路,相對光程10-9以內的鎖相精度,高效率100通道超導納米線單光子探測器,成功構建了76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子電腦原型機「九章」,命名為「九章」是為了紀念中國古代最早的數學專著《九章算術》。

根據目前最優的經典算法,「九章」對於處理高斯玻色取樣的速度比目前世界排名第一的超級電腦「富岳」快一百萬億倍,等效地比Google去年發布的53比特量子電腦原型機「懸鈴木」快一百億倍。同時,通過高斯玻色取樣證明的量子計算優越性不依賴於樣本數量,克服了Google 53比特隨機線路取樣實驗中量子優越性依賴於樣本數量的漏洞。「九章」輸出量子態空間規模達到了1030(「懸鈴木」輸出量子態空間規模是1016,目前全世界的存儲容量是1022)。

報道最後稱,上述量子電腦牢固確立中國在國際量子計算研究中的第一方陣地位,為未來實現可解決具有重大實用價值問題的規模化量子模擬機奠定技術基礎。此外,基於「九章」量子電腦原型機的高斯玻色取樣算法在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用,將是後續發展的重要方向。

(觀察者)

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