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科研進展

2021年10月26日
中國科大成功研制113個光子的“九章二號”量子計算原型機

愛游戲app中科院量子信息與量子科技創新研究院潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等組成的研究團隊與中科院上海微系統所、國家并行計算機工程技術研究中心合作,發展了量子光源受激放大的理論和實驗方法,構建了113個光子144模式的量子計算原型機“九章二號”,并實現了相位可編程功能,完成了對用于演示“量子計算優越性”的高斯玻色取樣任務的快速求解。根據現已正式發表的最優經典算法理論,“九章二號”處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級計算機快1024倍。這一成果再次刷新了國際上光量子操縱的技術水平,進一步提供了量子計算加速的實驗證據。相關論文于2021年10月26日以“編輯推薦”的形式發表在國際知名學術期刊《物理評論快報》上。著名量子物理學家、加拿大Calgary大學教授Barry Sanders同時受邀在Physics網站上謄寫長篇評述文章,稱贊該工作是“令人激動的實驗杰作”(dramatic tour de force.....),“令人印象深刻的最前沿的進步”(an impressive advance over the state-of-the-art)。

圖1:九章十二號整體的系統設計圖(制圖:陸葫蘆島市,彭禮超) 量子折算出來機在基本原理上可經由單一優化算法在部分兼具非常大社會生活和資金價值量的現象多方面,獲得了比經典英文折算出來機更強的顯卡功耗。在1983年,費曼就確立了量子折算出來的開始看法。大占比量子折算出來機的工具進行是全球科持信息先進的的非常大挑站產品之一。針對研發容錯糾錯機制糾錯機制的統一量子折算出來,而致苛求的容錯糾錯機制糾錯機制閥值和大占比的量子比特總數,離現如今全人類的科持信息趨勢標準緣有好大的收入差距。 所以說,構建對於量子運算的電學上的構建,國際學界界采用步驟走的線路圖。這之中,首個的節點,在學界上被分為“量子運算優渥性”,其義意是按照高精密度地調控近一百多個電學上的比特,可以便捷地完成辦法超大運算機都無非在合理可行時長內完成辦法的既定的高復雜性度數學分析事情,從工作上確鑿地證明信四五年前費曼所入憲來地量子運算t加速個人規劃,并挑戰模式“擴容的丘奇—圖靈論文題目”。

圖2:九章一號144形式干涉現象儀(一些)實驗設計照片頭像(數碼攝影:馬瀟漢,楊建瑞,李豐,鄧宇皓)

基于光子的玻色取樣和基于超導比特的隨機線路取樣是實驗展示量子計算優越性的兩個重要方案。潘建偉團隊一直在光量子信息處理方面處于國際領先水平。2017年,該團隊構建了世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算原型機。2019年,團隊進一步研制了確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的國際最高性能單光子源,實現了20光子輸入60模式干涉線路的玻色取樣,輸出希爾伯特態空間維度達到1014,逼近了“量子計算優越性”。

2020年,潘建偉團隊成功構建了76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機“九章”,輸出量子態空間規模達到了1030,處理高斯玻色取樣的速度比超級計算機快一百萬億倍,同時克服了谷歌基于“懸鈴木”超導處理器的隨機線路取樣實驗中量子優越性依賴于樣本數量的漏洞。“九章”實驗完成后,在理論提出玻色取樣算法和證明計算復雜度的Scott Aaronson教授隨后獲得了由國際計算機協會頒發的ACM Prize in Computing。

2021年,團隊在“九章”的基礎上,進行了一系列概念和技術創新。受到激光—“受激輻射光放大”概念的啟發,研究人員設計并實現了受激雙模量子壓縮光源,顯著提高了量子光源的產率、品質和收集效率。其次,通過三維集成和收集光路的緊湊設計,多光子量子干涉線路增加到了144維度。由此,“九章二號”探測到的光子數增加到了113個,輸出態空間維度達到了1043。進一步,通過動態調節壓縮光的相位,研究人員實現了對高斯玻色取樣矩陣的重新配置,演示了“九章二號”可用于求解不同參數數學問題的編程能力。根據目前已正式發表的最優化經典算法,“九章二號”在高斯玻色取樣這個問題上的處理速度比最快的超級計算機快億億億倍。

圖3:畢業論文數據信息圖。a統計圖示轉換態三維空間的基本要素。b統計圖示光量子求算辦演機不同之處超算的優質數倍。 科研者愿這類崗位的任務可能一直充分調動更加的非常非常特別百度圖像匹配模擬網問題的崗位的任務,也預期以后出現提高自己的空間。量子適宜性科研并并非有一個一蹴而就的崗位的任務,然而更好的非常非常特別百度圖像匹配和不停的提高自己的量子統計硬件配置期間的價格競爭,但決定性量子多處理機系統性會引發非常非常特別統計機無發企及的顯卡功耗。 該整形論文獨一著者是教授研究探討生鐘翰森、鄧宇皓、覃儉。以上業務遭受了山東省、杭州市、科技公司部、中科院研究所和新基金委的支持系統。 一篇文章鏈接轉換: 荷蘭力學學精Physics站點教授評價語:


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