“九章三號”光量子計算機問世！比超算快一億億倍，來自中科大潘建偉團隊
1微秒=當今最快超算200億年
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量子位 | 公眾號 QbitAI
我國量子計算迎來新突破。
中科大官網(wǎng)消息：
新一代量子計算原型機“九章三號”成功研制，255個光子（比“九章二號”多了1倍多），計算能力刷新世界紀錄。
具體有多強？
（1）處理高斯玻色取樣的速度，比上一代“九章二號”還要快一百萬倍，比目前全球最快超算（Frontier）則快上一億億倍；
（2）在1微秒（10的負6次方秒）內(nèi)所處理的最高復(fù)雜度樣本，如果換作全球最快超算來做，它得花超二百億年（簡單理解為1微秒=200億年）。
網(wǎng)友表示：
這才是真的牛。
從意義上來看，中科大表示：
“九章三號”的誕生主要是進一步鞏固我國在光量子計算領(lǐng)域（與之對應(yīng)的是超導(dǎo)量子）的領(lǐng)先地位。
它背后的團隊，仍由潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等人（隸屬中科大中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院）組成，外加共同合作方：中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所和國家并行計算機工程技術(shù)研究中心。
光量子計算機“九章三號”問世
“九章三號”成果目前已發(fā)表在《物理評論快報》（PHYSICAL REVIEW LETTERS）。
相較2021年誕生的“九章二號”，它有哪些改進？
中科大介紹：
其一，在理論上首次提出了包含光子全同性的新理論模型。
（全同性原理是量子力學(xué)基本假設(shè)：交換全同粒子體系中任意一對粒子的全坐標（包括空間坐標和自旋坐標），體系的狀態(tài)不變。）
該模型實現(xiàn)了理論與實驗的更精確吻合。
其二，發(fā)展了完備的貝葉斯驗證和關(guān)聯(lián)函數(shù)驗證，全面排除所有已知的經(jīng)典仿冒算法。
這主要是為量子計算優(yōu)越性提供進一步數(shù)據(jù)支撐。
在這些改進之外，“九章三號”又是如何實現(xiàn)255個光子的呢？
要知道，“九章二號“光子為113個，而國際上第二個實現(xiàn)光學(xué)體系“量子計算優(yōu)越性”的“北極光”（Borealis）量子處理器（加拿大Xanadu公司與美國國家標準局合作）為216個。
在此，潘建偉團隊設(shè)計了一種時空解復(fù)用的光子探測新方法。
簡單來說就是研制了一個基于光纖時間延遲環(huán)的超導(dǎo)納米線探測器，用它來把多光子態(tài)分束到不同空間模式并通過延時把空間轉(zhuǎn)化為時間。
通過這個準光子數(shù)可分辨的探測系統(tǒng)，團隊得以提升光子操縱水平（255個光子），進而提升量子計算復(fù)雜度。
△ 實驗裝置示意圖
最終，“九章三號”憑借以上改進實現(xiàn)了我們在文章開頭所看到這一系列新的世界紀錄。
當然，這樣的量子計算機仍然只能解決高斯玻色取樣等特定任務(wù)（經(jīng)典計算機無法完成），在通用計算上還無法與超算相比。
而除了在特定任務(wù)上的計算性能大幅提升，“九章三號”還：
- 揭示了高斯玻色取樣和圖論之間的數(shù)學(xué)聯(lián)系；
- 完成了對稠密子圖和Max-Haf兩類具有實用價值的圖論問題的求解（比經(jīng)典計算機精確模擬的速度快1.8億倍）；
- 以及在國際上首次演示出無條件的多光子量子精密測量優(yōu)勢。
△ “九章三號”的計算復(fù)雜度需要花費超級計算機的時間
最后，“九章三號”的成果研制究竟有何意義？
在國際學(xué)術(shù)界，有一個量子計算機（分為光子和超導(dǎo)兩種）三步走的發(fā)展路線。
其中第一步就是實現(xiàn)“量子計算優(yōu)越性”，即通過對近百個量子比特的高精度量子調(diào)控，對特定問題的求解展現(xiàn)超級計算機無法比擬的算力。
回顧我國發(fā)展史：
2020年，具備76光子“九章”的誕生，使我國首次在國際上實現(xiàn)光學(xué)體系的“量子計算優(yōu)越性”。
2021年10月，中科大潘建偉團隊又研制出113光子的可相位編程“九章二號”，以及56比特的“祖沖之二號”超導(dǎo)量子計算原型機，使我國成為全球唯一在光學(xué)和超導(dǎo)兩種技術(shù)路線都達到了“量子計算優(yōu)越性”的國家。
不過在“九章二號”之后，2022年6年，219個光子的“北極光（Borealis）”量子計算機誕生，采樣高斯玻色子的速度是2021年世界上最快超算Fugaku的7.8萬億倍，一下子超越了“九章二號”。
但競爭實在激烈，如今“九章三號”的誕生，則又很快結(jié)束了“北極光”量子計算機的短暫領(lǐng)先，讓我國重回國際第一，并再次刷新計算性能紀錄。
論文地址：
https://journals.aps.org/prl/issues/131/15
參考鏈接：
[1]https://quantum.ustc.edu.cn/web/index.php/node/1140
[2]https://s.weibo.com/weibo?q=%E4%B9%9D%E7%AB%A0%E4%B8%89%E5%8F%B7
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