圖為“九章三號”實驗裝置示意圖
中國科研團隊11日宣布，成功構(gòu)建量子計算原型機“九章三號”，再度刷新光量子信息技術(shù)世界紀錄。“九章三號”求解高斯玻色取樣數(shù)學(xué)問題的速度比目前全球最快的超級計算機快一億億倍。
這是繼2020年實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”后，中國科研團隊再次確立量子算力的新里程碑。
根據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)11日公布的消息，255個光子的“九章三號”量子計算原型機由該校潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊與中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、國家并行計算機工程技術(shù)研究中心合作構(gòu)建。當天，國際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》也發(fā)表了這一科研成果。
量子計算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進行計算的新型計算模式，1981年，諾貝爾獎獲得者理查德·費曼首先提出了量子計算機構(gòu)想。“九章”則得名于中國古代數(shù)學(xué)專著《九章算術(shù)》，這部書總結(jié)了戰(zhàn)國、秦、漢時期的數(shù)學(xué)成就。
國際學(xué)術(shù)界通常對量子計算的實驗發(fā)展制定“三步走”的路線圖，其中第一步就是實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”，即通過高精度地操縱近百個物理比特，高效求解超級計算機無法在合理時間內(nèi)解決的特定高復(fù)雜度數(shù)學(xué)問題。
“‘量子優(yōu)越性’像個門檻，是指當新生的量子計算原型機，在某個問題上的計算能力超過了最強的傳統(tǒng)計算機，就證明其未來有多方超越的可能。”中國科大教授陸朝陽說，多年來國際學(xué)界高度關(guān)注、期待這個里程碑式轉(zhuǎn)折點到來。
2019年，美國谷歌公司宣布研制出53個量子比特的計算機“懸鈴木”，在全球首次實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”。2020年，潘建偉團隊構(gòu)建76個光子的量子計算原型機，取名“九章”。“九章”處理高斯玻色取樣問題的速度比當時最快的超級計算機快一百萬億倍，使中國成為全球第二個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。
2021年，該團隊又成功研制113個光子的“九章二號”和66比特的“祖沖之二號”量子計算原型機，使中國成為唯一在光學(xué)和超導(dǎo)兩條技術(shù)路線都實現(xiàn)量子優(yōu)越性的國家。
此次最新發(fā)布的“九章三號”首次實現(xiàn)了對255個光子的操縱能力，極大提升了計算的復(fù)雜度。根據(jù)業(yè)界公開的最優(yōu)算法，“九章三號”處理高斯玻色取樣的速度比“九章二號”提升一百萬倍，“九章三號”1微秒可算出的最復(fù)雜樣本，當前全球最快的超級計算機“前沿”約需200億年。
高斯玻色取樣是一個計算概率分布的算法，可用于編碼和求解多種問題，需要極大的運算量。
“‘九章三號’較‘九章二號’最大的升級就在于‘時空解復(fù)用的光纖環(huán)’上，過去的‘九章二號’無法解析光子具體數(shù)量，光纖環(huán)的應(yīng)用能夠大幅度提高光子的操縱水平。”陸朝陽說，與此同時，受激量子光源也是目前世界上損耗率最低、模式數(shù)最多的，提高了光子數(shù)和品質(zhì)，提升了計算的復(fù)雜度。
“量子計算機在原理上具有超快的并行計算能力，可望通過特定算法在密碼破譯、大數(shù)據(jù)優(yōu)化、天氣預(yù)報、材料設(shè)計、藥物分析等領(lǐng)域，提供比傳統(tǒng)計算機更強的算力支持。”潘建偉說。
當前，國際量子計算研究呈加速態(tài)勢，量子計算成為全球各國科研和戰(zhàn)略布局的重點，包括IBM、谷歌等在內(nèi)的科技巨頭不斷加碼，各國政府和行業(yè)也正加速對量子計算的研發(fā)投資和政策扶持。
“通用量子計算機需要操縱上千萬的量子比特，同時也要具備糾錯能力，這些都是目前九章系列量子計算原型機需要迭代實現(xiàn)的，量子技術(shù)的實用化是一場接力長跑。”陸朝陽說。
根據(jù)量子計算“三步走”路線圖，第二步是研制可操縱數(shù)百個量子比特的量子模擬機，解決一些超級計算機無法勝任、具有重大實用價值的問題。第三步，大幅提高量子比特的操縱精度、集成數(shù)量和容錯能力，研制可編程的通用量子計算機。
國際主流觀點認為，要研制通用型量子計算機，至少還需要5年到10年時間。
潘建偉團隊表示，期待這次突破能激發(fā)科學(xué)界更多關(guān)于經(jīng)典算法模擬的研究，逐步解決各種科學(xué)和工程挑戰(zhàn)，加快實現(xiàn)通用型量子計算機推動經(jīng)濟社會發(fā)展。（來源：新華網(wǎng)）
