九章三号问世，刷新量子计算优越性纪录

前言：

量子计算是后摩尔时代的一种新的计算范式，它在原理上具有超快的并行计算能力，可望通过特定量子算法在一些具有重大社会和经济价值的问题方面相比经典计算机实现指数级别的加速。

 

  [九章三号]问世，刷新量子计算优越性纪录

中国科学技术大学浙江东阳籍科学家潘建伟、陆朝阳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，宣布成功构建255个光子的量子计算原型机[九章三号]，再度刷新了光量子信息的技术水平和量子计算优越性的世界纪录。

近日，国际知名学术期刊《物理评论快报》发表该成果。

在求解高斯玻色取样数学问题时，[九章三号]比上一代[九章二号]提升100万倍，比目前全球最快的超级计算机[前沿]（Frontier）快一亿亿倍。

科研人员设计了时空解复用的光子探测新方法，构建了高保真度的准光子数可分辨探测器，提升了光子操纵水平和量子计算复杂度。

[九章三号]在百万分之一秒时间内所处理的最高复杂度的样本，需要当前最强的超级计算机[前沿](Frontier)花费超过二百亿年的时间。

中国科大团队在理论上首次发展了包含光子全同性的新理论模型，实现了更精确的理论与实验的吻合。

同时，发展了完备的贝叶斯验证和关联函数验证，全面排除了所有已知的经典仿冒算法，为量子计算优越性提供了进一步数据支撑。

在技术上，研制了基于光纤时间延迟环的超导纳米线探测器，把多光子态分束到不同空间模式并通过延时把空间转化为时间，实现了准光子数可分辨的探测系统。

 

举例：巨大迷宫一秒找到最短出口路径

我们可以通过一个形象化的示例来阐述这个问题。设想我们身处一个巨大的迷宫之中，这个迷宫有着无数的路径和分支点。

我们的任务是找到从入口到出口的最短路径。

若是采用传统的搜索策略，逐一尝试每一条可能的路径，那么可能需要耗费数百甚至数千年的时间来寻找这个答案。

然而，如果我们引入[九章三号]这一工具，情况就会大为改观。

它能够在短短一秒钟内，给出从入口到出口的最短路径。

更重要的是，它还能够列出所有可能的路径，并对每一条路径的可能性进行精确的评估。

 

三次迭代成果，两条路线腿均迈进前沿

[九章]系列的命名起源于中国的古代著名数学书籍九章算术，又因为数学是现代科学的基础，因此九章系列代表着承上启下，代表了中国古代科学成就的同时展望了未来。

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100万亿倍，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。

而[九章三号]则将光子数提升到了255个，输出态空间维度达到了10的43次方。

根据公开正式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上一代[九章二号]提升一百万倍。

这意味着我国在光量子计算领域已经达到了世界领先水平，展示了中国科技创新和自主研发的强大能力和信心。

光学和超导两条路线，各具优势同步发展

[九章]系列属于光量子计算机，这是一种基于光子（光的粒子）作为载体和操纵对象的量子计算机。

光量子计算的优势在于，光子具有很好的相干性和稳定性，不易受外界干扰，可以保持较长时间量子叠加态；

光子可以实现高效率和高精度的单光子源、单光子探测器、多光子干涉等关键技术；光子可以方便地与其他物理系统进行耦合和交换信息，实现多平台的量子网络和通信。

而超导量子计算也有其长处——量子比特可控性强、拓展性良好、可依托现有成熟的集成电路工艺。

但劣势也很明显：为保障退相干时间，超导量子比特必须在接近绝对零度的真空环境下运行，这就必须依赖强大的低温制冷系统。

如果室温超导技术获得实质性突破，超导量子计算将有望迎来爆发性的大发展。

 

结尾：

量子计算优越性的研究是一个复杂而富有挑战性的工作，量子计算硬件与经典算法之间存在着长期竞争。

美国、加拿大、欧洲等国都在争相开展量子计算的研究，但中国成功研制[九章三号]量子计算机已经引领了全球光量子计算领域发展。

未来，量子计算机将变得更加强大，同时更加便携化，这将使其在更多领域得到广泛应用。

同时，全球的合作与竞争也将不断激发新的突破。

编辑：黄飞