113个光子的量子计算原型机“九章二号”研制成功

记者26日从中国科学技术大学获悉，该校中科院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等与国内团队合作，发展了量子光源受激放大的理论和实验方法，构建了113个光子144模式的量子计算原型机“九章二号”，并实现了相位可编程功能，完成了对用于演示“量子计算优越性”的高斯玻色取样任务的快速求解。相关成果论文于2021年10月26日以“编辑推荐”的形式发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上。

大规模量子计算机的物理实现是世界科技前沿的重大挑战之一。量子计算的物理实现，国际学术界采取三步走的路线图。其中，第一个里程碑，在学术上被称为“量子计算优越性”，其含义是通过高精度地操纵近百个物理比特，用来高效地解决超级计算机都无法在合理时间内解决的特定的高复杂度数学问题， 并挑战“扩展的丘奇—图灵论题”。

2020年，潘建伟团队成功构建了76个光子100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机“九章”，处理高斯玻色取样的速度比超级计算机快一百万亿倍。 在“九章”的基础上，研究人员设计并实现了受激双模量子压缩光源，显著提高了量子光源的产率、品质和收集效率。其次，通过三维集成和收集光路的紧凑设计，多光子量子干涉线路增加到了144维度。由此，“九章二号”探测到的光子数增加到了113个，输出态空间维度达到了10的43次方。进一步，通过动态调节压缩光的相位，研究人员实现了对高斯玻色取样矩阵的重新配置，演示了“九章二号”可用于求解不同参数数学问题的编程能力。

根据现已正式发表的最优经典算法理论，“九章二号”处理高斯玻色取样的速度比目前最快的超级计算机快10的24次方倍。这一成果再次刷新了国际上光量子操纵的技术水平。著名量子物理学家、加拿大Calgary大学教授Barry Sanders同时受邀在Physics网站上誊写长篇评述文章，称赞该工作是“令人激动的实验杰作，令人印象深刻的最前沿的进步”。