中国成功构建量子计算原型机“九章三号”刷新光量子信息技术世界纪录

新华社记者 何曦月 徐海涛 郭鑫

中国科研团队11日宣布成功打造量子计算原型机“九丈三号”，再次刷新光量子信息技术新的世界纪录。 “九章三号”可以解决高斯玻色采样数学问题，速度比世界上最快的超级计算机快一亿倍。

这是中国科研团队继2020年实现“量子优势”后再次确立量子算力的新里程碑。

据中国科学技术大学11日公布的消息，255光子“九章三号”量子计算原型机由该校潘建伟、陆朝阳组成的研究团队联合上海中科院研制。中科院微系统与信息技术研究所与国家并行计算机工程技术研究中心合作共建。 同日，国际知名学术期刊《物理评论快报》也发表了这一科研成果。

量子计算是一种遵循量子力学定律，控制量子信息单元进行计算的新型计算模型。 1981年，诺贝尔奖获得者理查德·费曼首次提出量子计算机的想法。 “九章”得名于中国古代数学专着《九章算术》。 本书总结了战国、秦汉时期的数学成就。

国际学术界通常为量子计算的实验发展制定“三步走”的路线图。 第一步是实现“量子优越性”，即通过高精度操控近百个物理位，高效解决超级计算机无法解决的问题。 在合理的时间内解决特定的高复杂性数学问题。

“‘量子优越性’就像一个门槛，意味着当一个新的量子计算原型的计算能力在某个问题上超过了最强的传统计算机时，就证明它未来有很多方法可以超越。” 中国科学技术大学教授陆朝阳表示，多年来，国际学术界一直密切关注并期待这一里程碑式转折点的到来。

2019年，美国谷歌公司宣布开发出53量子比特计算机“”，在全球首次实现“量子优越性”。 2020年，潘建伟团队搭建了76光子量子计算原型机，命名为“九章”。 “九章”处理高斯玻色采样问题的速度比当时最快的超级计算机快一百万亿倍，使中国成为世界上第二个实现“量子优越性”的国家。

2021年，团队成功研制出113光子“九丈二号”和66位“祖冲二号”量子计算原型机，使中国成为唯一在光学和超导技术路线上实现量子优势的国家。 的国家。

新发布的“九章三号”首次实现了操纵255个光子的能力，大大增加了计算的复杂度。 根据业界披露的最佳算法，“九丈3号”处理高斯玻色样本的速度比“九丈2号”高出100万倍。 “九章三号”可以在1微秒内计算出最复杂的样本。 目前世界上最快的超级计算机的“前沿”已有大约 200 亿年的历史。

高斯玻色采样是一种计算概率分布的算法。 它可以用来编码和解决多种问题，需要大量的计算。

“‘九丈三号’相比‘九丈二号’最大的升级在于‘时空解复用光纤环’。过去‘九丈二号’无法分析具体的光子数量，光纤环的应用范围可以大大扩展，振幅提高了光子操控水平。” 陆朝阳表示，同时，受激量子光源还具有全球最低的损耗率和最多的模式数量，增加了光子的数量和质量，增加了计算的复杂度。

“量子计算机原则上具备超高速并行计算能力，有望通过特定算法在代码破译、大数据优化、天气预报、材料设计、药物分析等领域提供比传统计算机更强的算力支持。” 潘建伟说道。

目前，国际量子计算研究正在加速推进。 量子计算已成为世界各国科学研究和战略布局的重点。 IBM、谷歌等科技巨头不断加大投入。 各国政府和行业也在加快量子计算的研发投入和政策。 支持。

“一台通用量子计算机需要控制数千万个量子比特，还必须具备纠错能力。这些都是目前九丈系列量子计算原型机需要迭代实现的东西。量子技术的实际应用是一个长距离的过程。”接力比赛。” 陆朝阳说道。

根据量子计算“三步走”路线图，第二步是开发可以操纵数百个量子比特的量子模拟器，解决一些超级计算机无法解决且具有巨大实用价值的问题。 第三步，大幅提高量子比特的操控精度、积分数量和容错能力，开发可编程通用量子计算机。

国际主流观点认为，研制出通用量子计算机至少需要5到10年的时间。

潘建伟团队表示，希望这一突破能够激发科学界更多对经典算法模拟的研究，逐步解决各种科学和工程挑战，加速实现通用量子计算机，促进经济社会发展。