113個光子的量子計算原型機“九章二號”研製成功

科技日報合肥10月26日電 （記者吳長鋒）記者26日從中國科學技術大學獲悉，該校中科院量子信息與量子科技創新研究院潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等與國內團隊合作，發展了量子光源受激放大的理論和實驗方法，構建了113個光子144模式的量子計算原型機“九章二號”，並實現了相位可編程功能，完成了對用於演示“量子計算優越性”的高斯玻色取樣任務的快速求解。相關成果論文於2021年10月26日以“編輯推薦”的形式發表在國際知名學術期刊《物理評論快報》上。

大規模量子計算機的物理實現是世界科技前沿的重大挑戰之一。量子計算的物理實現，國際學術界採取三步走的路線圖。其中，第一個里程碑，在學術上被稱為“量子計算優越性”，其含義是通過高精度地操縱近百個物理比特，用來高效地解決超級計算機都無法在合理時間內解決的特定的高複雜度數學問題， 並挑戰“擴展的丘奇—圖靈論題”。

2020年，潘建偉團隊成功構建了76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機“九章”，處理高斯玻色取樣的速度比超級計算機快一百萬億倍。 在“九章”的基礎上，研究人員設計並實現了受激雙模量子壓縮光源，顯著提高了量子光源的產率、品質和收集效率。其次，通過三維集成和收集光路的緊湊設計，多光子量子干涉線路增加到了144維度。由此，“九章二號”探測到的光子數增加到了113個，輸出態空間維度達到了10的43次方。進一步，通過動態調節壓縮光的相位，研究人員實現了對高斯玻色取樣矩陣的重新配置，演示了“九章二號”可用於求解不同參數數學問題的編程能力。

根據現已正式發表的最優經典算法理論，“九章二號”處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級計算機快10的24次方倍。這一成果再次刷新了國際上光量子操縱的技術水平。著名量子物理學家、加拿大Calgary大學教授Barry Sanders同時受邀在Physics網站上謄寫長篇評述文章，稱讚該工作是“令人激動的實驗傑作，令人印象深刻的最前沿的進步”。