2020年12月4日 中国量子计算原型机九章问世

　　2020年12月4日，中国科学家宣布构建了76个光子（量子比特）的量子计算原型机“九章”。

　　中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，构建了 76 个光子100个模式的量子计算原型机 “九章”，实现了具有实用前景的 “高斯玻色取样”任务的快速求解。以速度来看，求解数学算法高斯玻色取样的速度只需200秒，而目前的超级计算机要用6亿年。通常认为，50个量子比特是证明量子计算机有望超越传统计算机的关键门槛。“九章”得名于我国古代一部知名的数学专著。

　　据悉，根据现有理论，该量子计算系统处理高斯玻色取样的速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍（“九章”一分钟完成的任务，超级计算机需要一亿年）。等效地，其速度比去年谷歌发布的53个超导比特量子计算原型机“悬铃木”快一百亿倍。

　　中国科学技术大学表示，这一成果使得我国成功达到了量子计算研究的第一个里程碑：量子计算优越性（国外也称之为 “量子霸权”）。相关论文于 12 月 4 日在线发表在国际学术期刊《科学》。

　　▲ “九章”量子计算原型机光路系统原理图 | 图源：中国科学技术大学

　　据介绍，近期，潘建伟团队通过自主研制同时具备高效率、高全同性、极高亮度和大规模扩展能力的量子光源，同时满足相位稳定、全连通随机矩阵、波包重合度优于 99.5%、通过率优于 98% 的 100 模式干涉线路，相对光程 10-9 以内的锁相精度，高效率 100 通道超导纳米线单光子探测器，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”。

　　根据目前最优的经典算法，“九章”对于处理高斯玻色取样的速度比目前世界排名第一的超级计算机 “富岳”快一百万亿倍，等效地比谷歌去年发布的 53 比特量子计算原型机 “悬铃木”快一百亿倍。同时，通过高斯玻色取样证明的量子计算优越性不依赖于样本数量，克服了谷歌 53 比特随机线路取样实验中量子优越性依赖于样本数量的漏洞。“九章”输出量子态空间规模达到了 1030（“悬铃木”输出量子态空间规模是 1016，目前全世界的存储容量是 1022）。