10月25日，著名(ming)物(wu)理(li)(li)學期刊《物(wu)理(li)(li)評論(lun)快報》同(tong)時(shi)發(fa)表了(le)中國科學技(ji)術(shu)大學的(de)兩(liang)(liang)(liang)篇(pian)論(lun)文，文章表明，隨著66比特的(de)可編程(cheng)超(chao)導量子(zi)計算原型機(ji)“祖沖之(zhi)二(er)號(hao)”(也(ye)稱“祖沖之(zhi)2.0”)的(de)研制成功和113個(ge)光子(zi)144模(mo)式的(de)量子(zi)計算原型機(ji)“九章二(er)號(hao)”(也(ye)稱“九章2.0”)的(de)構(gou)建，中國科學技(ji)術(shu)大學科研團隊在超(chao)導量子(zi)和光量子(zi)兩(liang)(liang)(liang)種系統的(de)量子(zi)計算方面(mian)取得重(zhong)要進(jin)展，這(zhe)也(ye)意(yi)味著我國成為目前世界上唯(wei)一在兩(liang)(liang)(liang)種物(wu)理(li)(li)體系達到量子(zi)計算優越(yue)性(xing)里程(cheng)碑的(de)國家。

  記(ji)者(zhe)獲悉，中國(guo)科(ke)學(xue)技(ji)術大學(xue)中科(ke)院(yuan)量(liang)(liang)(liang)子信息與量(liang)(liang)(liang)子科(ke)技(ji)創新(xin)研究(jiu)院(yuan)潘(pan)建(jian)偉(wei)、朱曉波、彭(peng)承志等(deng)組成(cheng)的研究(jiu)團隊，與中科(ke)院(yuan)上(shang)海技(ji)術物(wu)理(li)研究(jiu)所(suo)合作，構(gou)建(jian)了(le)66比(bi)特(te)(te)可編程超(chao)導量(liang)(liang)(liang)子計(ji)(ji)算(suan)(suan)原(yuan)(yuan)型機“祖(zu)沖(chong)之二號(hao)”，實(shi)現(xian)了(le)對“量(liang)(liang)(liang)子隨(sui)機線(xian)路(lu)取樣”任務的快(kuai)速求解。根據現(xian)有理(li)論(lun)，“祖(zu)沖(chong)之二號(hao)”處理(li)的量(liang)(liang)(liang)子隨(sui)機線(xian)路(lu)取樣問題的速度比(bi)目前最快(kuai)的超(chao)級計(ji)(ji)算(suan)(suan)機快(kuai)7個(ge)數量(liang)(liang)(liang)級，計(ji)(ji)算(suan)(suan)復(fu)雜度比(bi)谷歌(ge)公開報(bao)道的53比(bi)特(te)(te)超(chao)導量(liang)(liang)(liang)子計(ji)(ji)算(suan)(suan)原(yuan)(yuan)型機“懸(xuan)鈴木(mu)”提高(gao)了(le)6個(ge)數量(liang)(liang)(liang)級，這一成(cheng)果(guo)是(shi)我國(guo)繼光量(liang)(liang)(liang)子計(ji)(ji)算(suan)(suan)原(yuan)(yuan)型機“九章”后在超(chao)導量(liang)(liang)(liang)子比(bi)特(te)(te)體(ti)系首次達到“量(liang)(liang)(liang)子計(ji)(ji)算(suan)(suan)優越性(xing)”里(li)程碑。

  1981年，諾(nuo)貝爾(er)獎獲得者理查德·費曼(man)提出了量(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)構(gou)想(xiang)(xiang)，如何(he)把(ba)“構(gou)想(xiang)(xiang)”變成現實一(yi)直是科(ke)學家們的(de)夢想(xiang)(xiang)。目前(qian)，量(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)(suan)已被(bei)認(ren)為可能是下一(yi)代信息革命的(de)關鍵技(ji)(ji)術，可通(tong)過特(te)定算(suan)(suan)(suan)法(fa)產生超越(yue)傳統計(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)的(de)算(suan)(suan)(suan)力(li)，解決重大(da)經濟(ji)社會問題。因此，研制量(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)成為世界科(ke)技(ji)(ji)前(qian)沿重大(da)挑戰。

  2020年，潘建(jian)偉團隊成功構建(jian)76個光子(zi)的(de)量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算原(yuan)型機(ji)“九章”，處理(li)高斯玻色(se)取樣問(wen)題的(de)速度只需要200秒(miao)，比超級(ji)計(ji)(ji)算機(ji)快100萬億倍，使中國成為全(quan)球第二個實現(xian)“量(liang)(liang)子(zi)優越性”(也稱(cheng)“量(liang)(liang)子(zi)霸(ba)權”)的(de)國家。

  今年以來(lai)，潘建偉團隊(dui)進行了(le)一系(xi)列概念和技術創(chuang)新，于近期成功研制(zhi)出“九(jiu)章二(er)號(hao)”。

  “我們主要有(you)三(san)大突破(po)，首先顯著提高(gao)了量(liang)子(zi)(zi)光源(yuan)的產率、品質和(he)收集效率，將(jiang)光源(yuan)關鍵指(zhi)標從63%提升到92%。其次，將(jiang)多光子(zi)(zi)量(liang)子(zi)(zi)干涉線路從100維度增(zeng)(zeng)加(jia)到144維度，操縱的光子(zi)(zi)數從76個增(zeng)(zeng)加(jia)到113個。再次，新增(zeng)(zeng)了可編程功能。”研究團隊成員、中科大教授陸朝陽(yang)說。

  實驗結果(guo)顯示，“九(jiu)章二號”的算(suan)力實現了巨(ju)大提升。根據目前(qian)已發表的最優經典算(suan)法，“九(jiu)章二號”求解(jie)高斯(si)玻色取(qu)樣問題的處理(li)速度，比(bi)全球最快的超(chao)級計(ji)算(suan)機快億億億倍(bei)(10的24次方(fang)倍(bei))，比(bi)“九(jiu)章”快100億倍(bei)。“九(jiu)章二號”1毫秒可算(suan)出的問題，全球“最快超(chao)算(suan)”需(xu)30萬億年。

  “目前的‘九章二號’還只是‘單項冠軍’，但其超(chao)強算(suan)力在圖論、量(liang)子(zi)化學(xue)等(deng)領域(yu)具(ju)有(you)潛在應(ying)用價值。”陸朝陽說，“未來的通用型量(liang)子(zi)計(ji)算(suan)機(ji)有(you)望在密碼(ma)破譯、天氣預報(bao)、材料設計(ji)、藥物(wu)分析等(deng)領域(yu)發揮作用。”

  而同期(qi)另一篇論(lun)文表明(ming)，中(zhong)(zhong)國(guo)科(ke)(ke)學技(ji)術大(da)學潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等組成(cheng)的(de)研究團隊與中(zhong)(zhong)科(ke)(ke)院(yuan)上海微系統(tong)所、國(guo)家(jia)并行(xing)計(ji)(ji)算(suan)機工程(cheng)技(ji)術研究中(zhong)(zhong)心合作(zuo)，發展了(le)量(liang)(liang)子(zi)光源受激放大(da)的(de)理(li)(li)論(lun)和實(shi)驗(yan)方法，構建了(le)113個光子(zi)144模式的(de)量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)原型機“九章二(er)號”，并實(shi)現了(le)相位(wei)可編程(cheng)功能，完成(cheng)了(le)對用(yong)于演示“量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)優越性”的(de)高斯玻色取樣(yang)任務的(de)快速(su)求解。根據(ju)現有理(li)(li)論(lun)，“九章二(er)號”處理(li)(li)高斯玻色取樣(yang)的(de)速(su)度比目前(qian)最快的(de)超級計(ji)(ji)算(suan)機快1024倍。這一成(cheng)果再(zai)次刷新了(le)國(guo)際上光量(liang)(liang)子(zi)操縱的(de)技(ji)術水平，進一步提供(gong)了(le)量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)加速(su)的(de)實(shi)驗(yan)證據(ju)。

  基于光子(zi)(zi)的(de)(de)玻色取樣和(he)基于超導比特的(de)(de)隨機(ji)線路取樣是(shi)實驗展(zhan)示量(liang)(liang)子(zi)(zi)計(ji)算(suan)(suan)優越性的(de)(de)兩個重要(yao)方案(an)。潘建偉團隊(dui)一(yi)直在光量(liang)(liang)子(zi)(zi)信息處(chu)理(li)方面(mian)處(chu)于國際領先水(shui)平。2017年，該團隊(dui)構建了(le)世界首(shou)臺超越早期(qi)經典計(ji)算(suan)(suan)機(ji)的(de)(de)光量(liang)(liang)子(zi)(zi)計(ji)算(suan)(suan)原型機(ji)。2019年，團隊(dui)進一(yi)步研制了(le)確定性偏振、高(gao)純度、高(gao)全同性和(he)高(gao)效率的(de)(de)國際最高(gao)性能單光子(zi)(zi)源，實現(xian)了(le)20光子(zi)(zi)輸(shu)入(ru)60模式干涉線路的(de)(de)玻色取樣，逼近了(le)“量(liang)(liang)子(zi)(zi)計(ji)算(suan)(suan)優越性”。

  今年，該團隊(dui)在“九章(zhang)”的(de)基礎上，進行了(le)(le)一系列概(gai)念和(he)技(ji)術創新。受到(dao)激光(guang)(guang)——“受激輻射光(guang)(guang)放大”概(gai)念的(de)啟(qi)發，研(yan)(yan)究人員(yuan)(yuan)設(she)計(ji)并實現了(le)(le)受激雙(shuang)模量(liang)(liang)子(zi)(zi)壓(ya)縮(suo)光(guang)(guang)源，顯著提高(gao)了(le)(le)量(liang)(liang)子(zi)(zi)光(guang)(guang)源的(de)產率、品(pin)質和(he)收集效(xiao)率。此外，通(tong)過三維集成和(he)收集光(guang)(guang)路的(de)緊湊設(she)計(ji)，多光(guang)(guang)子(zi)(zi)量(liang)(liang)子(zi)(zi)干涉(she)線路增加到(dao)了(le)(le)144維度(du)(du)。由(you)此，“九章(zhang)二(er)號(hao)”探(tan)測到(dao)的(de)光(guang)(guang)子(zi)(zi)數(shu)增加到(dao)了(le)(le)113個，輸出態(tai)空(kong)間維度(du)(du)達到(dao)了(le)(le)1043。通(tong)過動態(tai)調節壓(ya)縮(suo)光(guang)(guang)的(de)相位，研(yan)(yan)究人員(yuan)(yuan)進一步實現了(le)(le)對高(gao)斯玻色取樣矩陣的(de)重新配置，演示(shi)了(le)(le)“九章(zhang)二(er)號(hao)”可用于求解不同參數(shu)數(shu)學問題的(de)編(bian)程能力。