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12月4日，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究小组与中国科学院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，构建了76个光子的量子计算样机“九章”，为其实用前景 根据现有理论，这个量子计算系统解决高斯玻色采样的速度比现在最快的超级计算机快100兆倍，也就是说“第九章”的一分钟内完成的任务，超级计算机需要1亿年 其速度也比谷歌去年发表的53个超导比特量子计算样机“悬念”快100亿倍 这一成果成功地实现了我国量子计算研究的第一个里程碑——量子计算优势(在海外被称为“量子霸权”)。 相关论文于12月4日在国际学术杂志《科学》上发表 “九章”量子计算样机的光路系统图实现“量子霸权”的两条路径由于量子计算机在原理上具有超高速的并行计算能力，因此在具有重大社会和经济价值的问题上比古典计算机更能实现指数级的加速。 目前量子计算机的开发已经成为世界科学技术前沿的最大挑战之一是欧美发达国家角逐的焦点 其中，量子计算研究的第一阶段目标是实现“量子计算优势”(也称为“量子霸权”)，量子计算样机在特定任务的求解中开始超过经典的超级计算机 上述量子计算的“特定任务”是一个精心设计，非常适合量子计算设备发挥其计算潜力的问题 这些问题包括随机量化线路采样、iqp线路和高斯玻兹采样 谷歌量子ai团队比较的问题是随机量子线路采样 “玻色采样”的问题可以理解为量子世界的戈尔顿板 戈登板的问题是英国生物统计学家戈尔顿提出的，这个问题是小球从最上面扔下来，每次通过一个钉板有一半从左边走，有一半从右边走，很多小球从上面随机掉下来时，下面的格 图中，将戈尔顿板高速发展为量子版本，使用全同光子代替钉子，使用分束器(一束光通过分束器时分割为两个强度低的光，一束透过，另一束反射)时，该游戏被称为“沃尔沃萨” 一般来说，“玻色采样”是指n个全同质粒子通过一个干涉仪后，对n个玻色粒子的全输出状态空间进行采样的问题 计算机s.aaronson和a.arkhipov在年提出了高速计算矩阵的常值方法，第一个原理是对由线性器件解决的玻纤概率分布进行采样分解，很快就可以求出n x n维矩阵的常值 自然界的粒子分为沃尔沃粒子和费米粒子，光子属于沃尔沃粒子，可以使用光子实现沃尔沃采样实验 从计算多、复杂的立场来看，随着光子数的增加，求解步骤数呈指数上升 对于这种古典计算非常困难的问题，可以中小规模地打败超级计算机 因此，“沃尔沃采样”这个问题被量子计算行业的科学家盯上，拿着那把小试牛刀试图挑战古典计算机。 同样，为什么随机量子电路的经典计算机很难模拟呢？ 例如，在50比特的随机量化电路采样中，最终输出的量化状态的状态空间的维度是250，并且如果采用经典的计算机模拟，则首先难以存储这种高维量化状态，然后是这种高维度 利用超导量子比特实现随机线路采样和利用光子实现沃尔沃采样是显示当前国际学术界公认的量子计算优势的两大方法。。 在第二条路线上，中科大队一直保持着国际领先 年，他们实现了20光子输入60×60模干涉线路的玻色采样量子计算，输出状态的空间维度达到了三百七十万亿，其多和杂度相当于48个量子比特，接近了“量子计算的优势”。 此次潘建伟团队自主开发，凭借具有高效率、高等向性、极高亮度和大规模扩展能力的量子光源，满足相位稳定、全连通随机矩阵、波包聚合度优于99.5%、通过率优于98%的100模干涉线路，光路110 光量子干涉实物图“我们实验中使用的重要器件在海外一直禁运我们，但我们依靠自己、国内的合作机构，制造出世界上最好的量子光源。 毕竟科学是为了全人类服务的 潘建伟告诉记者，完成这个实验需要越来越好的光量子，拥有世界上最高的量子光源，这次实验输出量子状态空间的规模达到了10的30次方。 根据现在最好的经典算法，“第九章”解决高斯鲍斯采样的速度比现在世界排名第一的超级计算机“富岳”快100兆倍，Google去年发布的53位量子计算机样机。 另外，基于高斯玻色采样的量子计算的优势不依赖于样本数，Google53位随机线路采样实验中的量子优势克服了依赖于样本数的脆弱性 这一成果为巩固第一方在中国国际量子计算研究中的地位，实现能够处理未来有重大实用价值的问题的规模化量子模仿机奠定了技术基础。 另外，根据“第九章”对样机进行量子计算高斯玻色采样算法在图论、机器学习、量子化学等行业有潜在的应用，是后续快速发展的重要方向 量子计算之所以必须经历“三步走”，是因为量子计算机在原理上具有超高速的并行计算能力，根据特定算法，加密解读、大数据优化、材料设计、药物分解等重大社会价值和经济性 实际上，量子计算机的开发是非常具有挑战性的，同时循环时间可能很长的事业 为了推进量子计算机的开发我们必须把它分成一个个小目标，一个接一个地突破 其中的首要小目标是“量化优势”( quantum supremacy )，量子计算机对某个用户的问题的计算能力远远超过了性能最高的超计算，显示了量子计算机的优势 因此，“量子优势”被认为是量子计算快速发展道路上的重要里程碑。 对于量子计算机的研究，国际同行公认有三个指标性的快速发展阶段:第一阶段是快速发展的具有50-100个童子位的高精度专用量子计算机，对一点超级计算机处理不了的高多杂的用户问题有效率 第二阶段是通过规模化多体量子系统的精确制造、操作和勘探，开发了数百个量子比特可以干涉操作的量子模型机，一些超级计算机具有无法承受的重大实用价值的问题，如量子化学、新材料的设计、优化阿 第三阶段是通过积累在专用量子计算和模拟器的研究开发过程中迅速发展的各种技术，提高量子比特的操作精度，超过量子计算的严格容错阈值(超过99.9% )，可以综合的量子 将梦想的量子计算放入现实的年份10月23日，权威志《自然》刊登了谷歌量子ai团队最新的科研事业，投入巨款投入量子计算13年后，成功地通过实验说明了“量子优势”。 即，在特定任务中，量子计算机可以大幅超过古典计算机的计算能力 谷歌团队根据包含53个可用量子位的可编程超导量子解决方案，执行随机量子电路进行采样，报告约200秒内可进行100万次采样，将当时最强的超计算summit 由此，谷歌主张实现了“量子霸权” 实际上，“量化优势”代表两个方面的竞争，另一方面量化芯片的位数和性能不断扩展，在一些问题上显示出极强的计算能力。 另一方面，经典算法和仿真工程化的实现也不断优化，提高了经典算法的效率和计算能力 所以，如果能提高经典模拟的能力，谷歌的量子设备就不能打败最强的超计算，可能会导致“称霸”失败。 面对谷歌的“称霸”，ibm首次跳出来表示“不服” ibm指出Google优化随机量子电路的经典模拟不好，如果使用存储器和硬盘的混合存储方式，模拟53位、20深度量子随机电路的采样只有2.5天 ibm还声称这只是他们的保守估计 对此，加拿大卡尔加里大学教授、量子科学技术研究所所长barry sanders认为，去年谷歌取得了量子计算优势的巨大成果，这是有争议的 谷歌的结果是他们有量子计算机比其他任何经典计算机的性能都好 然后，ibm对此提出了相反的论点:他们没有完全实现 我怀疑是否真的达到了量子计算的优势 相对于“第九章”中说明的“量子计算的优势”，巴里三明治是“量子计算行业最重要的成果之一”。 这个实验毫无争议，毫无疑问，这个实验得到的结果远远超过了以前传来的机器模拟能力，实验得到的结果远远超过了以前传来的机器模拟能力 这个实验技术的挑战非常大 为了得到这个结果，他们必须处理一些非常困难的技术问题 在技术上，他们取得的成果也令人印象深刻 这是人们梦寐以求的实验，他们做好了，把梦想放入现实中 毕竟，古典算法的迅速发展和超计算上的工程化的实现还有空间 “量子优势”本身也是经典的计算和量子计算游戏和发展的过程 谷歌主张的“量子优势”只是为了实验说明量子计算机现在具有最强大的超计算能力，并不意味着实用化的量子计算机。 “量子优势”对量子计算的迅速发展只是个开始 对此，潘建伟对记者说，量子优势实验不是一蹴而就，而是更快的经典算法和不断提高的量子计算硬件之间的竞争，最终量子并行性产生了经典计算机无法实现的计算能力。 延伸海外同行赞扬中国量子科技成果科技日报记者吴长锋，12月4日，由中国科技大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究小组在国际学术杂志《科学》上在线发表论文，他们发表了76个光子的量子计算原“ 根据现在的理论，这个量子计算系统解决高斯玻兹采样的速度比现在最快的超级计算机快100兆倍 其速度也比谷歌去年发表的53个超导比特量子计算样机“悬念”快100亿倍 这一成果成功地实现了我国量子计算研究的第一个里程碑——量子计算优势(在海外被称为“量子霸权”)。 许多海外相关行业的教授(包括许多沃尔夫奖获得者、美国科学院院士等资深专家)纷纷发表评论赞扬中国科学家取得的这一重大成果 德国马普托所长、沃尔夫奖、富兰克林奖获得者ignacio cirac评论说:“总体来说，这是量子科技行业的重大突破，比经典计算机在开发具有量子特征的量子设备方面迈出了一大步。” 潘教授的团队是世界上唯一的，他们取得了许多重大成果，包括这个实验 奥地利科学院院长、美国科学院院士和沃尔夫奖获得者anton zeilinger认为这项工作的成果非常重要。 因为潘建伟和同事解释说，基于光子(光粒子)的量子计算机也有可能实现“量子计算的优势”。 麻省理工大学教授、美国青年科学家总统奖和斯隆奖获得者dirk englund说，这是划时代的成就，是了不起的成就。 这是开发这些中型量子计算机的里程碑。 维也纳大学教授、美国物理学会教授philip walther说:“他们在实验中得到了只有在现在最强的古典计算机兆年才能给出的计算结果，对量子计算机的超能力作了有力的说明。 “加拿大卡尔加里大学教授、量子科学技术研究所所长barry sanders评论说:“我认为这是一项出色的工作，改变了现在的结构。” 我们一直在努力说明量子新闻解决会战胜经典新闻解决。 这个实验震惊了经典的计算机 昆士兰大学教授tim ralph说:“我相信面包教授和陆教授团队的论文是一个重大突破。 这是真正的“英雄”实验，远远超过以前的水平推进了实验全方位的技术 美国科学院院士、沃尔夫奖和狄拉克奖获得者peter zoller说，利用量子器件处理越来越多的复杂问题，表现量子特征是量子科学前沿最重要的问题之一。 陆朝阳、潘建伟、同事们基于光子进行的高斯粒子采样实验，无论在量子系统的大小和扩展性方面，还是在实用前景方面，都将研究水平提高到了新的高度 资料来源:科学技术日报文中的图像由中国科学技术大学提供
