我国在两种物理体系实现“量子计算优越性”

近日，中国科学技术大学科研团队在超导量子和光量子两种系统的量子计算方面取得重要进展，成功研制“祖冲之二号”和“九章二号”，使我国成为目前世界上唯一在两种物理体系达到“量子计算优越性”里程碑的国家。

该校潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的研究团队与中国科学院上海技术物理研究所合作，近期成功构建66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”，求解“量子随机线路取样”任务的速度比目前全球最快的超级计算机快1000万倍以上。

该校潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队与中科院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，近期成功构建113个光子144模式的量子计算原型机“九章二号”，求解高斯玻色取样数学问题比目前全球最快的超级计算机快10的24次方倍（亿亿亿倍），在研制量子计算机之路上迈出重要一步。

一般认为，超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机。1981年，诺贝尔奖获得者理查德·费曼提出了量子计算机构想。量子计算被认为可能是下一代信息革命的关键技术。“‘量子计算优越性’指对某一个特定任务，或者说某一专门赛道，超越目前的超级计算机。”中国科学技术大学教授陆朝阳说。

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。因此，实现对于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”。

目前，基于超导比特的随机线路取样和基于光子的玻色取样是实验展示量子计算优越性的两个重要方案。这两个方案的最新成果，就分别是“祖冲之二号”和“九章二号”。

“从体积上看，可以把两者看成一个房间能够装下的大型专用计算装置。”陆朝阳说。至于二者的区别，陆朝阳表示，主要是媒介的不同，“超导量子计算主要依靠的媒介是超导材料，光量子计算主要依靠的媒介是光子。”

根据现有理论，“祖冲之二号”处理的量子随机线路取样问题的速度比目前最快的超级计算机快7个数量级，这一成果是我国继光量子计算原型机“九章”后在超导量子比特体系首次达到“量子计算优越性”里程碑。

根据现有理论，“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，进一步提供了量子计算加速的实验证据。

据介绍，量子计算优越性的成功演示标志着量子计算研究进入发展的第二阶段，开始量子纠错和近期应用的探索。“目前量子计算的发展还处于非常早期的阶段，很难预测应用前景到底有多广阔，但是现在来看，它可以提高我们的计算能力，在很多科研领域都很有帮助，比如药物设计、分子模拟、密码破译等。”陆朝阳说。