“九章”問世！“量子霸權”實現_風聞

12月4日，中國科學技術大學宣佈該校潘建偉等人成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”，求解數學算法高斯玻色取樣只需200秒，而目前世界最快的超級計算機要用6億年。這一突破使我國成為全球第二個實現“量子優越性”（量子霸權）的國家。

光量子干涉實物圖：左下方為輸入光學部分，右下方為鎖相光路，上方共輸出100個光學模式，分別通過低損耗單模光纖與100超導單光子探測器連接。中國科學技術大學供圖

200秒只是短短一瞬，6億年早已是滄海桑田。12月4日，中國科學技術大學宣佈該校潘建偉等人成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”，求解數學算法高斯玻色取樣只需200秒，而目前世界最快的超級計算機要用6億年。這一突破使我國成為全球第二個實現“量子優越性”的國家。

“量子優越性像個門檻，是指當新生的量子計算原型機，在某個問題上的計算能力超過了最強的傳統計算機，就證明其未來有多方超越的可能。”中科大教授陸朝陽説，多年來國際學界高度關注、期待這個里程碑式轉折點到來。

去年9月，美國谷歌公司推出53個量子比特的計算機“懸鈴木”，對一個數學算法的計算只需200秒，而當時世界最快的超級計算機“頂峯”需2天，實現了“量子優越性”。

近期，潘建偉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，成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”。

實驗顯示，當求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣時，“九章”需200秒，而目前世界最快的超級計算機“富嶽”需6億年。等效來看，“九章”的計算速度比“懸鈴木”快100億倍，並彌補了“懸鈴木”依賴樣本數量的技術漏洞。

據悉，潘建偉團隊這次突破歷經20年，主要攻克高品質光子源、高精度鎖相、規模化干涉三大技術難題。

“比如説，我們每次喝下一口水很容易，但每次喝下一個水分子很困難。”潘建偉説，光子源要保證每次只放出1個光子，且每個光子一模一樣，這是巨大挑戰。同時，鎖相精度要在10的負9次方以內，相當於100公里距離的傳輸誤差不能超過一根頭髮直徑。

值得一提的是，“九章”所實現的量子計算優越性不依賴於樣本數量，克服了谷歌“隨機線路取樣”實驗中量子優越性依賴於樣本數量的漏洞。

潘建偉表示，這一成果牢固確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位。

與通用計算機相比，“九章”還只是“單項冠軍”。但基於“九章”的高斯玻色取樣算法，未來其在圖論、機器學習、量子化學等領域具有重要的潛在應用價值。

德國馬普學會量子光學研究所所長、沃爾夫獎得主Ignacio Cirac認為，這是量子科技領域的一個重大突破，朝着研製相比經典計算機具有量子優勢的量子設備邁出一大步。

美國國家科學院院士、沃爾夫獎得主Peter Zoller表示，該實驗無論是在量子系統大小和擴展性方面，還是在實際應用前景方面，都把研究水平提升到了一個新的高度。

12月4日，國際學術期刊《科學》發表了該成果，審稿人評價這是“一個最先進的實驗”“一個重大成就”。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.abe8770

來源：綜合新華社、中國科學報

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