求解特定问题比超算快一亿亿倍!中国科学家成功研制“九章三号”量子计算原型机

记者从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中国科学院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,近期成功构建255个光子的量子计算原型机“九章三号”,再度刷新光量子信息技术世界纪录,求解高斯玻色取样数学问题比目前全球最快的超级计算机快一亿亿倍,在研制量子计算机之路上迈出关键一步。

1981年,诺贝尔奖获得者理查德·费曼提出量子计算机构想。作为信息科技“后摩尔时代”一种新型计算范式,量子计算在原理上具有超快并行计算能力,可通过特定算法产生超越传统计算机的算力,解决重大经济社会问题。

“九章三号”实验装置示意图。(中国科学技术大学供图)

2020年,潘建伟团队成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”,处理高斯玻色取样问题的速度比当时最快的超级计算机快一百万亿倍,使中国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。2021年,他们进一步成功研制113个光子的“九章二号”和66比特的“祖冲之二号”量子计算原型机,使中国成为唯一在光学和超导两条技术路线都实现“量子优越性”的国家。

近两年,他们在理论上首次开发了包含光子全同性的新理论模型,实现更精确的理论与实验吻合度,同时发展了完备的贝叶斯验证和关联函数验证。

“我们研制了基于光纤时间延迟环的超导纳米线探测器,首先把多光子态分束到不同空间模式,然后通过延时把空间转化为时间,实现了准光子数可分辨的单光子探测系统。”研究团队成员、中国科大教授陆朝阳说,这些创新使团队首次实现了对255个光子的操纵能力,极大提升计算的复杂度。

根据业界公开发表的最优经典精确采样算法,“九章三号”处理高斯玻色取样的速度比“九章二号”提升一百万倍,“九章三号”1微秒可算出的最复杂样本,当前全球最快的超级计算机“前沿”(Frontier)约需200亿年。

10月11日,国际知名学术期刊《物理评论快报》发表了该成果。

据悉,未来的通用型量子计算机可望在密码破译、天气预报、材料设计等领域发挥作用,目前的“九章三号”还只是具有潜在应用价值的“单项冠军”。

潘建伟团队表示,期待这次突破能激发科学界更多关于经典算法模拟的研究,解决各种科学和工程挑战,加快实现通用型量子计算机。(记者徐海涛、陈诺、戴威)