10月25日，著名物理(li)學(xue)期刊(kan)《物理(li)評論(lun)(lun)快(kuai)報》同時(shi)發表(biao)了中國(guo)(guo)(guo)科(ke)學(xue)技術(shu)大學(xue)的(de)兩(liang)篇(pian)論(lun)(lun)文(wen)，文(wen)章(zhang)(zhang)表(biao)明(ming)，隨著66比特的(de)可編程(cheng)超導量子(zi)計(ji)算(suan)(suan)原(yuan)型(xing)機“祖沖(chong)之二號”(也(ye)稱(cheng)“祖沖(chong)之2.0”)的(de)研制成功(gong)和(he)113個光子(zi)144模式的(de)量子(zi)計(ji)算(suan)(suan)原(yuan)型(xing)機“九章(zhang)(zhang)二號”(也(ye)稱(cheng)“九章(zhang)(zhang)2.0”)的(de)構建，中國(guo)(guo)(guo)科(ke)學(xue)技術(shu)大學(xue)科(ke)研團隊在超導量子(zi)和(he)光量子(zi)兩(liang)種系統的(de)量子(zi)計(ji)算(suan)(suan)方面取得重(zhong)要進(jin)展，這也(ye)意(yi)味著我國(guo)(guo)(guo)成為(wei)目(mu)前世界(jie)上唯一在兩(liang)種物理(li)體系達到量子(zi)計(ji)算(suan)(suan)優越性里程(cheng)碑(bei)的(de)國(guo)(guo)(guo)家。

  記者獲悉，中國科學技術(shu)大(da)學中科院(yuan)(yuan)量(liang)子(zi)(zi)信息與量(liang)子(zi)(zi)科技創新研(yan)究院(yuan)(yuan)潘(pan)建偉、朱曉(xiao)波、彭承志等組(zu)成的研(yan)究團隊(dui)，與中科院(yuan)(yuan)上海技術(shu)物理研(yan)究所合(he)作(zuo)，構建了(le)66比(bi)特可(ke)編程超(chao)導量(liang)子(zi)(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)原型(xing)機(ji)(ji)“祖沖之二(er)號”，實(shi)現(xian)了(le)對“量(liang)子(zi)(zi)隨機(ji)(ji)線路取樣”任務的快速求(qiu)解(jie)。根據現(xian)有(you)理論，“祖沖之二(er)號”處理的量(liang)子(zi)(zi)隨機(ji)(ji)線路取樣問題的速度(du)比(bi)目前(qian)最快的超(chao)級計(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)快7個數量(liang)級，計(ji)(ji)算(suan)(suan)復雜度(du)比(bi)谷(gu)歌公開報道的53比(bi)特超(chao)導量(liang)子(zi)(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)原型(xing)機(ji)(ji)“懸鈴(ling)木”提高(gao)了(le)6個數量(liang)級，這一(yi)成果(guo)是(shi)我(wo)國繼光量(liang)子(zi)(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)原型(xing)機(ji)(ji)“九章”后在超(chao)導量(liang)子(zi)(zi)比(bi)特體系首次達(da)到“量(liang)子(zi)(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)優越(yue)性”里程碑。

  1981年，諾(nuo)貝爾獎(jiang)獲(huo)得者(zhe)理查德·費曼提出了量子計算機(ji)構想，如何把(ba)“構想”變成現實一直是科(ke)(ke)學家們的(de)夢想。目前(qian)，量子計算已被認為(wei)可能是下一代(dai)信息革命的(de)關(guan)鍵技術(shu)，可通過特(te)定算法產生超越傳統計算機(ji)的(de)算力，解決重(zhong)大經濟社會問題。因此，研制量子計算機(ji)成為(wei)世界科(ke)(ke)技前(qian)沿重(zhong)大挑戰(zhan)。

  2020年，潘(pan)建偉團隊成功(gong)構建76個(ge)光(guang)子(zi)的(de)量子(zi)計(ji)算原型(xing)機(ji)(ji)“九章(zhang)”，處理高斯玻色取(qu)樣問題的(de)速度只(zhi)需要(yao)200秒，比超級計(ji)算機(ji)(ji)快100萬(wan)億倍(bei)，使中國成為全球第(di)二個(ge)實(shi)現“量子(zi)優越性”(也稱“量子(zi)霸權”)的(de)國家。

  今年以(yi)來(lai)，潘(pan)建偉(wei)團(tuan)隊進行了(le)一系(xi)列概(gai)念(nian)和(he)技(ji)術創新，于近期成功研制(zhi)出(chu)“九章二(er)號”。

  “我(wo)們(men)主要有三大突破，首(shou)先顯(xian)著提(ti)高了(le)量(liang)子光(guang)(guang)源(yuan)的產率、品質(zhi)和收集效(xiao)率，將光(guang)(guang)源(yuan)關鍵(jian)指標(biao)從(cong)63%提(ti)升到92%。其(qi)次(ci)，將多(duo)光(guang)(guang)子量(liang)子干(gan)涉線路從(cong)100維度(du)增加到144維度(du)，操縱的光(guang)(guang)子數從(cong)76個增加到113個。再次(ci)，新增了(le)可編程(cheng)功能。”研(yan)究團(tuan)隊(dui)成員、中科大教授陸朝陽說。

  實驗結果顯(xian)示(shi)，“九(jiu)章(zhang)二號”的(de)(de)算(suan)(suan)力實現(xian)了巨大提升。根據(ju)目前(qian)已(yi)發表的(de)(de)最優經典算(suan)(suan)法，“九(jiu)章(zhang)二號”求解高斯玻色取樣問題的(de)(de)處理速度，比全球最快(kuai)(kuai)的(de)(de)超級計(ji)算(suan)(suan)機快(kuai)(kuai)億(yi)億(yi)億(yi)倍(bei)(10的(de)(de)24次方倍(bei))，比“九(jiu)章(zhang)”快(kuai)(kuai)100億(yi)倍(bei)。“九(jiu)章(zhang)二號”1毫秒(miao)可算(suan)(suan)出(chu)的(de)(de)問題，全球“最快(kuai)(kuai)超算(suan)(suan)”需30萬(wan)億(yi)年。

  “目前的‘九章(zhang)二號’還只是‘單(dan)項冠軍’，但(dan)其超強算力在(zai)(zai)圖論、量子(zi)化學等(deng)領域具有潛(qian)在(zai)(zai)應(ying)用(yong)價值。”陸(lu)朝陽說，“未來的通用(yong)型量子(zi)計算機有望在(zai)(zai)密碼破譯、天氣(qi)預報、材料設計、藥物(wu)分析等(deng)領域發揮(hui)作用(yong)。”

  而同期另一篇論(lun)文表明，中(zhong)(zhong)國科學技(ji)術(shu)大(da)學潘(pan)建偉、陸朝(chao)陽、劉乃樂(le)等(deng)組成的(de)(de)(de)研究團隊與中(zhong)(zhong)科院上(shang)海微系統所、國家(jia)并行計(ji)算機(ji)(ji)工(gong)程技(ji)術(shu)研究中(zhong)(zhong)心合作，發(fa)展(zhan)了(le)(le)(le)量子(zi)光(guang)源受激放(fang)大(da)的(de)(de)(de)理(li)論(lun)和(he)實驗方法，構建了(le)(le)(le)113個光(guang)子(zi)144模式的(de)(de)(de)量子(zi)計(ji)算原(yuan)型機(ji)(ji)“九章二(er)號(hao)”，并實現了(le)(le)(le)相位可編程功能，完成了(le)(le)(le)對(dui)用(yong)于演示“量子(zi)計(ji)算優越性”的(de)(de)(de)高斯玻色(se)(se)取(qu)(qu)樣(yang)任務的(de)(de)(de)快(kuai)速求解。根據(ju)(ju)現有理(li)論(lun)，“九章二(er)號(hao)”處理(li)高斯玻色(se)(se)取(qu)(qu)樣(yang)的(de)(de)(de)速度比目前(qian)最快(kuai)的(de)(de)(de)超級(ji)計(ji)算機(ji)(ji)快(kuai)1024倍。這一成果(guo)再次刷新(xin)了(le)(le)(le)國際上(shang)光(guang)量子(zi)操縱的(de)(de)(de)技(ji)術(shu)水平，進一步提供了(le)(le)(le)量子(zi)計(ji)算加速的(de)(de)(de)實驗證據(ju)(ju)。

  基于(yu)光(guang)(guang)子(zi)的玻色(se)取(qu)(qu)樣和基于(yu)超導比(bi)特(te)的隨機線路(lu)取(qu)(qu)樣是實(shi)驗展示量(liang)子(zi)計算(suan)(suan)優越(yue)性(xing)(xing)的兩(liang)個(ge)重要方(fang)(fang)案。潘建偉團隊(dui)一(yi)(yi)直在光(guang)(guang)量(liang)子(zi)信(xin)息(xi)處理方(fang)(fang)面處于(yu)國際(ji)領(ling)先水平。2017年，該團隊(dui)構(gou)建了世界首臺超越(yue)早期經典計算(suan)(suan)機的光(guang)(guang)量(liang)子(zi)計算(suan)(suan)原(yuan)型機。2019年，團隊(dui)進一(yi)(yi)步研制了確定性(xing)(xing)偏振、高(gao)(gao)純度、高(gao)(gao)全同性(xing)(xing)和高(gao)(gao)效率(lv)的國際(ji)最高(gao)(gao)性(xing)(xing)能單光(guang)(guang)子(zi)源，實(shi)現了20光(guang)(guang)子(zi)輸入(ru)60模式(shi)干(gan)涉線路(lu)的玻色(se)取(qu)(qu)樣，逼近了“量(liang)子(zi)計算(suan)(suan)優越(yue)性(xing)(xing)”。

  今年，該(gai)團(tuan)隊(dui)在“九(jiu)章”的(de)(de)(de)基礎上，進行了(le)一系列概(gai)念(nian)和技術(shu)創新(xin)。受(shou)到(dao)激光(guang)(guang)——“受(shou)激輻射(she)光(guang)(guang)放大”概(gai)念(nian)的(de)(de)(de)啟發，研究人員設計并實現了(le)受(shou)激雙模量(liang)子壓(ya)縮(suo)光(guang)(guang)源，顯著提(ti)高了(le)量(liang)子光(guang)(guang)源的(de)(de)(de)產率、品質和收集效率。此(ci)外，通過三維集成和收集光(guang)(guang)路(lu)的(de)(de)(de)緊湊(cou)設計，多光(guang)(guang)子量(liang)子干(gan)涉線(xian)路(lu)增(zeng)加到(dao)了(le)144維度。由此(ci)，“九(jiu)章二號”探測(ce)到(dao)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)子數增(zeng)加到(dao)了(le)113個，輸出態空間維度達到(dao)了(le)1043。通過動態調節壓(ya)縮(suo)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)相位，研究人員進一步實現了(le)對高斯玻色取樣矩陣的(de)(de)(de)重新(xin)配置(zhi)，演示了(le)“九(jiu)章二號”可(ke)用于求(qiu)解不同(tong)參數數學(xue)問題的(de)(de)(de)編程能力。