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中國科學(xué)家再次在量子計(jì)算領(lǐng)域取得了令人矚目的突破。10月11日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉、陸朝陽等一支卓越的研究團(tuán)隊(duì)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(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心成功合作，宣布他們已經(jīng)成功構(gòu)建了一臺(tái)名為“九章三號(hào)”的量子計(jì)算原型機(jī)，其中包括255個(gè)光子。這一創(chuàng)舉再次刷新了光量子信息技術(shù)領(lǐng)域的世界紀(jì)錄，特別是在處理高斯玻色取樣數(shù)學(xué)問題方面，其速度比目前全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快了驚人的百億倍。這個(gè)重大突破標(biāo)志著中國在研發(fā)量子計(jì)算機(jī)方面邁出了關(guān)鍵一步。
這一突破性成果首次在國際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報(bào)》上發(fā)表。據(jù)公開披露的數(shù)據(jù)，新一代的“九章三號(hào)”在處理高斯玻色取樣問題方面，比前一代的“九章二號(hào)”提高了一百萬倍的速度，這意味著“九章三號(hào)”可以在僅1微秒內(nèi)解決目前全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“前沿”（Frontier）需要約200億年的問題。這一巨大的性能提升將對眾多領(lǐng)域的科學(xué)和工程問題產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
量子計(jì)算代表了一種新的計(jì)算范式，被認(rèn)為是后摩爾時(shí)代的未來。其基本原理是具備超快的并行計(jì)算能力，能夠通過特定的量子算法在一些具有重大社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的問題上實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)的加速，這使得量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)成為世界科技前沿的巨大挑戰(zhàn)之一。
國際學(xué)術(shù)界已經(jīng)制定了三步走的發(fā)展路線，其中第一步就是實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”。這意味著通過對近百個(gè)量子比特的高精度量子控制，對特定問題的求解能夠展現(xiàn)出超級(jí)計(jì)算機(jī)無法比擬的計(jì)算能力。與此同時(shí)，這一過程也推動(dòng)了可擴(kuò)展的量子控制技術(shù)的發(fā)展，為研發(fā)具有容錯(cuò)能力的通用量子計(jì)算機(jī)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)在此領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位。在2020年，他們成功構(gòu)建了76個(gè)光子的“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)，首次在國際上證明了光學(xué)系統(tǒng)的“量子計(jì)算優(yōu)越性”，并克服了谷歌實(shí)驗(yàn)中量子優(yōu)越性依賴于樣本數(shù)量的漏洞。隨后，2021年，他們又成功研制了113個(gè)光子的可相位編程的“九章二號(hào)”和56比特的“祖沖之二號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)，使中國成為唯一一個(gè)在光學(xué)和超導(dǎo)兩種技術(shù)路線都達(dá)到了“量子計(jì)算優(yōu)越性”的國家。
通過一系列的創(chuàng)新，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了對255個(gè)光子的操縱，大幅提升了光量子計(jì)算的復(fù)雜度，同時(shí)處理高斯玻色取樣的速度比“九章二號(hào)”提高了一百萬倍。在構(gòu)建“九章”系列光量子計(jì)算原型機(jī)的過程中，研究團(tuán)隊(duì)還揭示了高斯玻色取樣和圖論之間的數(shù)學(xué)聯(lián)系，成功求解了稠密子圖等兩類具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的圖論問題，相對于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的精確模擬，速度快了1.8億倍。此外，他們還在國際上首次演示了無條件的多光子量子精密測量優(yōu)勢，進(jìn)一步推動(dòng)了量子計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展。這一系列突破為量子計(jì)算機(jī)的實(shí)際應(yīng)用和未來發(fā)展打開了全新的可能性，也展示了中國在這一領(lǐng)域的卓越實(shí)力和領(lǐng)導(dǎo)地位。
