我國在兩種物理體系實現“量子計算優越性”

量子計算原型機“祖沖之二號”和“九章二號”問世

近日，中國科學技術大學科研團隊在超導量子和光量子兩種系統的量子計算方面取得重要進展，成功研製“祖沖之二號”和“九章二號”，使我國成為目前世界上唯一在兩種物理體系達到“量子計算優越性”里程碑的國家。

該校潘建偉、朱曉波、彭承志等組成的研究團隊與中國科學院上海技術物理研究所合作，近期成功構建66比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之二號”，求解“量子隨機線路取樣”任務的速度比目前全球最快的超級計算機快1000萬倍以上。

該校潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等組成的研究團隊與中科院上海微系統與信息技術研究所、國家並行計算機工程技術研究中心合作，近期成功構建113個光子144模式的量子計算原型機“九章二號”，求解高斯玻色取樣數學問題比目前全球最快的超級計算機快10的24次方倍（億億億倍），在研製量子計算機之路上邁出重要一步。

一般認為，超級計算機是計算機中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機。1981年，諾貝爾獎獲得者理查德·費曼提出了量子計算機構想。量子計算被認為可能是下一代信息革命的關鍵技術。“‘量子計算優越性’指對某一個特定任務，或者説某一專門賽道，超越目前的超級計算機。”中國科學技術大學教授陸朝陽説。

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。因此，實現對於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”。

目前，基於超導比特的隨機線路取樣和基於光子的玻色取樣是實驗展示量子計算優越性的兩個重要方案。這兩個方案的最新成果，就分別是“祖沖之二號”和“九章二號”。

“從體積上看，可以把兩者看成一個房間能夠裝下的大型專用計算裝置。”陸朝陽説。至於二者的區別，陸朝陽表示，主要是媒介的不同，“超導量子計算主要依靠的媒介是超導材料，光量子計算主要依靠的媒介是光子。”

根據現有理論，“祖沖之二號”處理的量子隨機線路取樣問題的速度比目前最快的超級計算機快7個數量級，這一成果是我國繼光量子計算原型機“九章”後在超導量子比特體系首次達到“量子計算優越性”里程碑。

根據現有理論，“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，進一步提供了量子計算加速的實驗證據。

據介紹，量子計算優越性的成功演示標誌着量子計算研究進入發展的第二階段，開始量子糾錯和近期應用的探索。“目前量子計算的發展還處於非常早期的階段，很難預測應用前景到底有多廣闊，但是現在來看，它可以提高我們的計算能力，在很多科研領域都很有幫助，比如藥物設計、分子模擬、密碼破譯等。”陸朝陽説。