中國實現“量子優越性”的里程碑 量子計算機“九章”

光明日報記者 常河

2020年12月4日，中國科學技術大學宣佈該校潘建偉院士團隊成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”。同日，國際學術期刊《科學》發表了該成果，這是“一個最先進的實驗”“一個重大成就”，審稿人如此評價。

有多重大？答案是：這一突破使我國成為全球第二個實現“量子優越性”的國家。

所謂“量子優越性”，即對於特定任務，量子計算機可以解決，而現存的任何經典計算機運用任何已知算法，都不能在一個可接受的時間內完成。

有多“優越”？“九章”對於處理高斯玻色取樣的速度比超級計算機“富嶽”快100萬億倍，也就是説，當求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣時，“九章”需200秒，而截至2020年，世界最快的超級計算機“富嶽”需6億年。同時，“九章”克服了谷歌超導量子比特計算機“懸鈴木”的一個漏洞。

“在費曼提出量子計算的概念近40年後，‘九章’在實驗上嚴格地證明了量子計算的加速能力，把夢想變成了現實。”潘建偉團隊成員、中國科學技術大學教授陸朝陽説，和原子、離子、超導電路等類型的量子計算機相比，光量子計算可在室温下、空氣中運行，能克服量子噪聲極限，結構亦相對比較簡單。“‘九章’使得我國第一次進入國際量子計算第一方陣。”

“九章”啥樣？在安徽合肥微尺度物質科學國家研究中心，兩個通過光纖連接起來的長3米寬1.5米的不起眼“盒子”和“盒子”裏密佈的光學元器件，就是“九章”。“一個用來產生光源，另一個進行干涉，把光信號變成電信號後引到隔壁的探測器進行分析。”陸朝陽的學生、“九章”論文第一作者、95後博士生鍾翰森介紹。

值得一提的是，研製出“九章”的團隊，除了潘建偉、陸朝陽幾位導師外，主力都是像鍾翰森這樣的年輕人！

更值得驕傲的是，“九章”構建後不到一年，2021年10月，“九章”的升級版“九章二號”成功構建，再次刷新國際光量子操縱的技術水平，其處理特定問題比目前全球最快的超級計算機快億億億倍。

加上2021年10月中國科大發布的超導量子計算機“祖沖之二號”，這一系列令人矚目的成果，標誌着我國已成為世界上唯一一個在超導和光量子兩個“賽道”上達到“量子優越性”里程碑的國家。

“證明‘量子優越性’，可以説是量子計算機研製征程上的一個里程碑。‘九章二號’和‘祖沖之二號’的誕生，像一對雙子星，照亮了量子應用更廣闊的前程。”潘建偉説。

《光明日報》（ 2021年12月18日 01版）