來(lái)自國(guó)內(nèi)的消息，12月24日科技日?qǐng)?bào)稱，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)等與中外合作者一起，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了20光子輸入60×60模式干涉線路的玻色取樣量子計(jì)算，輸出了復(fù)雜度相當(dāng)于48個(gè)量子比特的希爾伯特態(tài)空間，其維數(shù)高達(dá)370萬(wàn)億。
這個(gè)工作同時(shí)在光子數(shù)、模式數(shù)、計(jì)算復(fù)雜度和態(tài)空間4個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)上都大幅超越之前的國(guó)際紀(jì)錄，其中，態(tài)空間維數(shù)比國(guó)際同行之前的光量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)高百億倍。研究論文日前以編輯推薦形式發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》上。
研制量子計(jì)算機(jī)已成為前沿科學(xué)的最大挑戰(zhàn)之一，其中，量子計(jì)算研究的第一個(gè)階段性目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)「量子計(jì)算優(yōu)越性」(也稱「量子霸權(quán)」)，即研制出量子計(jì)算原型機(jī)在特定任務(wù)的求解方面超越經(jīng)典的超級(jí)計(jì)算機(jī)。利用超導(dǎo)量子比特實(shí)現(xiàn)隨機(jī)線路取樣和利用光子實(shí)現(xiàn)玻色取樣是目前國(guó)際學(xué)術(shù)界公認(rèn)的演示量子計(jì)算優(yōu)越性的兩大途徑。
面向這一戰(zhàn)略目標(biāo)，在前期工作基礎(chǔ)上，中國(guó)科大研究組利用自主發(fā)展的國(guó)際最高效率和最高品質(zhì)單光子源、最大規(guī)模和最高透過(guò)率的多通道光學(xué)干涉儀，成功實(shí)現(xiàn)了20光子輸入60×60模式干涉線路的玻色取樣實(shí)驗(yàn)。與國(guó)際同行的類似工作相比，實(shí)驗(yàn)成功操縱的單光子數(shù)增加了5倍，模式數(shù)增加了5倍，取樣速率提高了6萬(wàn)倍，輸出態(tài)空間維數(shù)提高了百億倍。其中，由于多光子高模式特性，輸出態(tài)空間達(dá)到了370萬(wàn)億維數(shù)，這等效于48個(gè)量子比特展開(kāi)的希爾伯特空間。因此，實(shí)驗(yàn)首次將玻色取樣推進(jìn)到一個(gè)全新的區(qū)域：無(wú)法通過(guò)經(jīng)典計(jì)算機(jī)直接全面驗(yàn)證該玻色取樣量子計(jì)算原型機(jī)，朝著演示量子計(jì)算優(yōu)越性的科學(xué)目標(biāo)邁出了關(guān)鍵的一步。
審稿人評(píng)價(jià)該工作「在解決關(guān)鍵問(wèn)題上邁出了重要幾步」、是「一個(gè)巨大的飛躍」。美國(guó)物理學(xué)會(huì)Physics網(wǎng)站總結(jié)指出：“這意味著量子計(jì)算領(lǐng)域的一個(gè)里程碑：接近經(jīng)典計(jì)算機(jī)不能模擬量子系統(tǒng)的地步。”
所謂量子優(yōu)越性，英文Quantum Supremacy，又稱量子霸權(quán)，指的是量子計(jì)算機(jī)在某個(gè)特定問(wèn)題上的計(jì)算能力遠(yuǎn)超過(guò)性能最好的超算，證明量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性。因此，量子優(yōu)越性被認(rèn)為是量子計(jì)算發(fā)展道路上的一個(gè)重要里程碑。
2019年10月23日，谷歌在持續(xù)重金投入量子計(jì)算13年后，成功摘取量子計(jì)算領(lǐng)域的這個(gè)重要里程碑：實(shí)驗(yàn)證明「量子優(yōu)越性」。在特定任務(wù)上，量子計(jì)算機(jī)可以大大超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力了。
值得一提的是，在目前國(guó)際學(xué)術(shù)界公認(rèn)的演示量子計(jì)算優(yōu)越性的兩大途徑中，谷歌量子AI團(tuán)隊(duì)所針對(duì)的問(wèn)題是隨機(jī)量子線路采樣，而中科大團(tuán)隊(duì)的光子玻色采樣實(shí)驗(yàn)則是另一途徑。
谷歌的階段性實(shí)驗(yàn)絕不是終點(diǎn)，而是一個(gè)起點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)「量子優(yōu)越性」僅僅是量子計(jì)算發(fā)展的第一步，在新興量子技術(shù)國(guó)際大會(huì)的白皮書(shū)中，量子計(jì)算研究三個(gè)發(fā)展階段得到了國(guó)家專家的共識(shí)，其中第一個(gè)階段就是實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性，這一階段性目標(biāo)將在近期實(shí)現(xiàn)。第二個(gè)階段是實(shí)現(xiàn)具有應(yīng)用價(jià)值的專用量子模擬系統(tǒng);第三個(gè)階段，則是實(shí)現(xiàn)真正可編程的通用量子計(jì)算機(jī)，而這個(gè)目標(biāo)，還需要「全世界學(xué)術(shù)界的長(zhǎng)期艱苦努力」。
