我國科研人員使用“九章”光量子計算原型機完成兩類圖論問題的求解

中國科學技術大學網站6月7日消息，該校潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等組成的研究團隊基於“九章”光量子計算原型機完成了對“稠密子圖”和“Max-Haf”兩類圖論問題的求解，實驗中使用了超過20萬個80光子符合計數樣本，實驗速率相比全球最快超級計算機使用當前最優經典算法快約1.8億倍。

據悉，研究團隊通過實驗和理論研究了“九章”處理這兩類圖論問題為搜索算法帶來的加速，及該加速對於問題規模和實驗噪聲的依賴關係。該研究成果系首次在具有量子計算優越性的光量子計算原型機上開展的面向具有應用價值問題的實驗研究。相關論文近日以“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，並被Physics網站專題報道。

該研究成果系首次在具有量子計算優越性的光量子計算原型機上開展的面向具有應用價值問題的實驗研究。相關論文近日以“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，並被Physics網站專題報道。

圖片1：“九章”量子計算原型機與圖論問題對應關係原理示意圖

量子計算機的物理實現是當前科技前沿的重大挑戰之一。國際學術界對量子計算的實驗發展制定了三步走的路線圖，其中第一步是實現“量子計算優越性”。“量子計算優越性”是指，通過高精度地操縱近百個物理比特，高效求解超級計算機無法在合理時間內解決的特定的高複雜度數學問題。這一步的意義在於首次從實驗上確鑿地證明量子計算加速，並挑戰“擴展的丘奇—圖靈論題”。

2019年底，美國谷歌公司利用超導量子比特宣佈實現“量子計算優越性”，但隨之經典模擬算法取得快速發展，谷歌的這一宣稱受到挑戰。2020年，中國科大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”，首次達到基於光子的“量子計算優越性”里程碑。2021年，潘建偉團隊進一步成功研製了 “祖沖之二號”和“九章二號”，使得我國成為唯一在兩種技術路線都達到了“量子計算優越性”的國家。

目前，僅有谷歌、中國科大、以及加拿大Xanadu三個團隊實現了“量子計算優越性”的目標。而只有在實現“量子計算優越性”的基礎上，量子計算應用的實驗研究才有望帶來量子加速。因此，國際學術界下一階段的一個重要科研目標是探索利用量子計算原型機演示具有實用價值的問題的求解。

該論文第一作者是博士研究生鄧宇皓、龔思秋、顧義超。上述項目受到了安徽省、科技部、中科院、上海市和基金委的支持。