■記者 許琦敏

　　昨天，記者從中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院獲悉，我國首臺(tái)實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”的光量子計(jì) 算原型機(jī)“九章號(hào)”、超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”的升級(jí)版雙雙問世——

　　“九章二號(hào)”操控的光子數(shù)從76個(gè)增加到113個(gè)，多光子量子干涉線路增加到144維度。其處理特定問題的速度比超級(jí)計(jì)算機(jī)快億億億倍，并實(shí)現(xiàn)了相位可編程功能。

　　“祖沖之二號(hào)”操控的超導(dǎo)比特?cái)?shù)從62比特上升至66比特，首次達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑。其處理量子隨機(jī)線路取樣問題的速度，比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快一千萬倍，計(jì)算復(fù)雜度比谷歌公開報(bào)道的53比特超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“懸鈴木”提高了一百萬倍。

　　這使我國成為目前世界上唯一在超導(dǎo)量子和光量子兩種系統(tǒng)都達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑的國家。

　　“九章二號(hào)”

　　刷新國際光量子操縱技術(shù)水平

　　繼去年12月“九章號(hào)”問世以來，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等組成的研究團(tuán)隊(duì)與中科院上海微系統(tǒng)所、國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，又進(jìn)行了一系列概念和技術(shù)創(chuàng)新。

　　“我們受激光‘受激發(fā)輻射放大’概念的啟發(fā)，對(duì)量子光源進(jìn)行了改進(jìn)，使光子的產(chǎn)率較之前提升了三倍，光源關(guān)鍵指標(biāo)也從63%提升到92%�！标懗柦榻B，這對(duì)于“九章二號(hào)”的性能提升起到了關(guān)鍵作用。

　　與此同時(shí)，通過三維集成和收集光路的緊湊設(shè)計(jì)， “九章二號(hào)”的多光子量子干涉線路從之前的100維度增加到了144維度。由此， “九章二號(hào)”探測到的光子數(shù)增加到了113個(gè)，輸出態(tài)空間維度達(dá)到了1043。

　　更值得一提的是，“九章二號(hào)”還實(shí)現(xiàn)了相位可編程功能。陸朝陽解釋，此處的“可編程”并非傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的編程，“我們可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)壓縮光的相位，實(shí)現(xiàn)對(duì)高斯玻色取樣矩陣的重新配置”。

　　因此， “九章二號(hào)”可用于求解不同參數(shù)數(shù)學(xué)問題。根據(jù)目前已正式發(fā)表的最優(yōu)化經(jīng)典算法， “九章二號(hào)”在高斯玻色取樣這個(gè)問題上的處理速度比最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快億億億倍。也就是說，全球“最快超算”需30萬億年可算出的問題， “九章二號(hào)”只需1毫秒即可解決。

　　目前，在國際光量子計(jì)算領(lǐng)域，世界排名第二的加拿大量子科技公司仙樂都實(shí)現(xiàn)的光量子操縱數(shù)目僅為18個(gè)。中國科學(xué)家的成果再次刷新了國際上光量子操縱的技術(shù)水平。著名量子物理學(xué)家、加拿大卡爾加里大學(xué)教授巴里·桑德斯稱贊該工作是“令人激動(dòng)的實(shí)驗(yàn)杰作” “令人印象深刻的最前沿的進(jìn)步”。

　　“祖沖之二號(hào)”

　　首次達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑

　　與“九章二號(hào)”相比，“祖沖之二號(hào)”的問世顯得更加激動(dòng)人心——這是我國首次在超導(dǎo)量子計(jì)算領(lǐng)域超越谷歌，并達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑。

　　今年5月剛剛發(fā)布的“祖沖之號(hào)”，不到半年又有了升級(jí)版。“‘祖沖之二號(hào)’的處理器芯片采用全新的倒裝焊3D封裝工藝，解決了大規(guī)模比特集成的問題�！敝锌拼罅孔觿�(chuàng)新院教授朱曉波介紹，由潘建偉教授領(lǐng)銜，他與彭承志組成的研究團(tuán)隊(duì)，與中科院上海技術(shù)物理研究所開展合作，“這一技術(shù)的突破，使得‘祖沖之二號(hào)’性能有了質(zhì)的提升”。

　　與“祖沖之號(hào)”相比，“祖沖之二號(hào)”實(shí)現(xiàn)了66個(gè)數(shù)據(jù)比特、110個(gè)耦合比特、11路讀取的高密度集成，最大態(tài)空間維度達(dá)到了1019。朱曉波介紹，“祖沖之二號(hào)”采用了“祖沖之號(hào)”所沒有的可調(diào)耦合架構(gòu)，“這些耦合比特就是人類得心應(yīng)手的工具，從而能夠更好控制數(shù)據(jù)比特”，因此在“祖沖之二號(hào)”上，科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了比特間耦合強(qiáng)度的快速、精確可調(diào)，顯著提高了并行量子門操作的保真度。

　　通過量子編程的方式，研究人員實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子隨機(jī)線路取樣，演示了“祖沖之二號(hào)”可用于執(zhí)行任意量子算法的編程能力。根據(jù)目前已公開的最優(yōu)化經(jīng)典算法，“祖沖之二號(hào)”處理量子隨機(jī)線路取樣問題的速度比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快一千萬倍，計(jì)算復(fù)雜度較谷歌“懸鈴木”提高一百萬倍。

　　朱曉波透露，目前研究團(tuán)隊(duì)已在進(jìn)行更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，以期不斷刷新紀(jì)錄，“五年之后，希望可以驗(yàn)證‘有糾錯(cuò)保護(hù)的量子比特’，最終走向通用容錯(cuò)的量子計(jì)算”。

　　量子計(jì)算競爭

　　“量子糾錯(cuò)”將是下一個(gè)堡壘

　　“這一領(lǐng)域還將會(huì)有很大提升空間。我們希望，這些工作能繼續(xù)激發(fā)更多經(jīng)典算法模擬方面的工作�！毖芯繄F(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜者、中科院院士、中科大常務(wù)副校長潘建偉表示，量子優(yōu)越性研究不會(huì)一蹴而就，而是更快的經(jīng)典算法和不斷提升的量子計(jì)算硬件之間的競爭，但最終量子并行性會(huì)產(chǎn)生經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法企及的算力。

　　近年來，谷歌、IBM等公司紛紛對(duì)外宣稱成功開發(fā)出了超過50量子比特的量子計(jì)算原型機(jī)，但實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的關(guān)鍵參數(shù)不僅僅是量子比特?cái)?shù)量，還有系統(tǒng)的保真度。隨著量子比特?cái)?shù)量和循環(huán)次數(shù)的增加，保真度會(huì)急劇下降，錯(cuò)誤率會(huì)相應(yīng)上升。

　　潘建偉表示，接下來，團(tuán)隊(duì)希望通過四至五年的努力實(shí)現(xiàn)量子糾錯(cuò)，“在使用量子糾錯(cuò)的基礎(chǔ)上，我們可以探索利用一些專用量子計(jì)算機(jī)或者量子模擬機(jī)的強(qiáng)大算力，解決一些具有重大應(yīng)用價(jià)值的科學(xué)問題”。