記者26日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院潘建偉、陸朝陽(yáng)、劉乃樂(lè)等與國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)展了量子光源受激放大的理論和實(shí)驗(yàn)方法，構(gòu)建了113個(gè)光子144模式的量子計(jì)算原型機(jī)“九章二號(hào)”，并實(shí)現(xiàn)了相位可編程功能，完成了對(duì)用于演示“量子計(jì)算優(yōu)越性”的高斯玻色取樣任務(wù)的快速求解。相關(guān)成果論文于2021年10月26日以“編輯推薦”的形式發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)是世界科技前沿的重大挑戰(zhàn)之一。量子計(jì)算的物理實(shí)現(xiàn)，國(guó)際學(xué)術(shù)界采取三步走的路線(xiàn)圖。其中，第一個(gè)里程碑，在學(xué)術(shù)上被稱(chēng)為“量子計(jì)算優(yōu)越性”，其含義是通過(guò)高精度地操縱近百個(gè)物理比特，用來(lái)高效地解決超級(jí)計(jì)算機(jī)都無(wú)法在合理時(shí)間內(nèi)解決的特定的高復(fù)雜度數(shù)學(xué)問(wèn)題， 并挑戰(zhàn)“擴(kuò)展的丘奇—圖靈論題”。

2020年，潘建偉團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了76個(gè)光子100個(gè)模式的高斯玻色取樣量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，處理高斯玻色取樣的速度比超級(jí)計(jì)算機(jī)快一百萬(wàn)億倍。 在“九章”的基礎(chǔ)上，研究人員設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了受激雙模量子壓縮光源，顯著提高了量子光源的產(chǎn)率、品質(zhì)和收集效率。其次，通過(guò)三維集成和收集光路的緊湊設(shè)計(jì)，多光子量子干涉線(xiàn)路增加到了144維度。由此，“九章二號(hào)”探測(cè)到的光子數(shù)增加到了113個(gè)，輸出態(tài)空間維度達(dá)到了10的43次方。進(jìn)一步，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)壓縮光的相位，研究人員實(shí)現(xiàn)了對(duì)高斯玻色取樣矩陣的重新配置，演示了“九章二號(hào)”可用于求解不同參數(shù)數(shù)學(xué)問(wèn)題的編程能力。

根據(jù)現(xiàn)已正式發(fā)表的最優(yōu)經(jīng)典算法理論，“九章二號(hào)”處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快10的24次方倍。這一成果再次刷新了國(guó)際上光量子操縱的技術(shù)水平。著名量子物理學(xué)家、加拿大Calgary大學(xué)教授Barry Sanders同時(shí)受邀在Physics網(wǎng)站上謄寫(xiě)長(zhǎng)篇評(píng)述文章，稱(chēng)贊該工作是“令人激動(dòng)的實(shí)驗(yàn)杰作，令人印象深刻的最前沿的進(jìn)步”。

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