“九章三号”再现量子计算优越性

吴长锋

科学导报讯 10月16日，笔者从中国科学技术大学（以下简称“中国科大”）获悉，该校中国科学院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队，与中国科学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，成功构建了255个光子的量子计算原型机“九章三号”，再度刷新了光量子信息的技术水平和量子计算优越性的世界纪录。

科研人员设计了时空解复用的光子探测新方法，构建了高保真度的准光子数可分辨探测器，提升了光子操纵水平和量子计算复杂度。根据公开正式发表的最优经典精确采样算法，“九章三号”处理高斯玻色取样的速度比上一代“九章二号”提升100万倍。“九章三号”在百万分之一秒时间内所处理的最高复杂度样本，需要当前最强的超级计算机“前沿”（Frontier）花费超过200亿年的时间。这一成果进一步巩固了我国在光量子计算领域的国际领先地位。

中国科大团队在理论上首次发展了包含光子全同性的新理论模型，实现了更精确的理论与实验的吻合；同时，发展了完备的贝叶斯验证和关聯函数验证，全面排除了所有已知的经典仿冒算法，为量子计算优越性提供了进一步数据支撑。在技术上，研制了基于光纤时间延迟环的超导纳米线探测器，把多光子态分束到不同空间模式并通过延时把空间转化为时间，实现了准光子数可分辨的探测系统。

在构建“九章”系列光量子计算原型机的基础上，中国科大团队揭示了高斯玻色取样和图论之间的数学联系，完成对稠密子图和Max-Haf两类具有实用价值图论问题的求解，比经典计算机精确模拟的速度快1.8亿倍。此外，还在国际上首次演示了无条件的多光子量子精密测量优势。