“九章三号”量子计算原型机研制成功，首次突破了255个光子的操纵技术。图为实验装置示意图。（中国科学技术大学供图）

本报讯（记者许琦敏）记者昨天从中国科学技术大学获悉，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队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，成功构建了255个光子的量子计算原型机“九章三号”。该成果再度刷新了光量子信息的技术水平和“量子计算优越性”的世界纪录，进一步巩固了我国在光量子计算领域的国际领先地位。
     
根据公开发表的最优经典精确采样算法，“九章三号”处理高斯玻色取样数学问题的速度比上一代“九章二号”提升100万倍，它在百万分之一秒时间内所处理的最高复杂度样本，需要当前最强的超级计算机“前沿”花费超过200亿年的时间。
     
量子计算是后摩尔时代的一种新的计算范式，它在原理上具有超快的并行计算能力，可望通过特定量子算法在一些具有重大社会和经济价值的问题方面较经典计算机实现指数级别的加速。研制量子计算机是当前世界科技前沿的最大挑战之一。为此，国际学术界制定了“三步走”的发展路线，第一步就是实现“量子计算优越性”，即通过对近百个量子比特的高精度量子调控、对特定问题的求解，展现超级计算机无法比拟的算力。
     
2020年，中国科大团队成功构建76个光子的“九章”光量子计算原型机，首次在国际上实现光学体系的“量子计算优越性”，并克服了谷歌实验中量子优越性依赖于样本数量的漏洞。2021年，中国科大团队成功研制了113个光子的可相位编程的“九章二号”和56比特的“祖冲之二号”量子计算原型机，使我国成为唯一在光学和超导两种技术路线都实现“量子计算优越性”的国家。
     
如今，国际上对于“量子计算优越性”这一战略高地的竞争呈现白热化态势。2022年，位于加拿大多伦多的上都（Xanadu）公司与美国国家标准与技术研究院合作，采用与“九章”光量子计算原型机相同的高斯玻色取样路线，发布了216个光子的“北极光”量子处理器，在国际上第二个实现了光学体系“量子计算优越性”。
     
此次，中国科大团队通过在理论和技术上的一系列创新，在世界上首次突破了255个光子的操纵技术，极大提升了光量子计算的复杂度。在构建“九章”系列光量子计算原型机的基础上，中国科大研究团队还揭示了高斯玻色取样和图论之间的数学联系，完成了对稠密子图等两类具有实用价值的图论问题的求解，相比经典计算机精确模拟的速度快1.8亿倍。此外，该团队还在国际上首次演示了无条件的多光子量子精密测量优势。

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