隨著集成電路逐漸接近原子極限,量子計算被認(rèn)為是后摩爾時代最具潛力的破局者。相比經(jīng)典計算機,量子計算可提供指數(shù)級的算力提升,從而突破目前日益復(fù)雜的生物醫(yī)藥、材料設(shè)計和金融模型等領(lǐng)域的算力瓶頸。當(dāng)前,研制量子計算機已成為世界科技前沿的最大挑戰(zhàn)之一,也是各發(fā)達(dá)國家角逐的焦點。

目前量子計算主要包括超導(dǎo)量子、硅基半導(dǎo)體、光量子和拓?fù)涞嚷肪€。其中,光量子路線的量子優(yōu)勢紀(jì)錄由中國“九章”獲得。76個光子100個模式的“九章”,處理高斯玻色取樣的速度比最快的超級計算機“富岳”快一百萬億倍。也就是說,超級計算機需要一億年完成的任務(wù),“九章”只需一分鐘。

近日,美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院與加拿大量子技術(shù)公司Xanadu合作,開發(fā)了一種光子處理器,且僅需36微秒即可完成超級計算機需耗時超過9000年才能完成的任務(wù)。該系統(tǒng)能在所有實現(xiàn)的門上提供動態(tài)可編程性,運行速度加快了5000萬倍以上,可能再次代表了“量子計算優(yōu)越性”。

量子優(yōu)越性像個門檻,當(dāng)新生的量子計算機在某個問題上的計算能力超過了最強的傳統(tǒng)計算機,就證明其未來有更多超越的可能。高斯玻色取樣是展示量子計算優(yōu)越性的特定性任務(wù)之一,一直被科學(xué)家寄予厚望。

由于量子力學(xué)賦予了光子很多特殊性質(zhì),使得光子的不同路徑之間不但可以相互疊加,也可以相互抵消。此時,玻色取樣裝置就有了用武之地,它能夠在較高的精度上解決特定的數(shù)學(xué)問題,同時又應(yīng)用了光子的量子力學(xué)特性。

在過去實現(xiàn)的高斯玻色取樣實驗中,最多使用113個光子在固定鏡子和透鏡網(wǎng)絡(luò)中傳播。但該研究簡化了檢測光子實驗、引入可編程性和降低量子結(jié)果被經(jīng)典算法重復(fù)的脆弱性,使得在一個可編程光子單處理器上,檢測多達(dá)219個光子(平均125個)。這是目前報告的最大的量子優(yōu)越性光子實驗。

未來,該研究或成為通往量子計算機道路上的一個重要里程碑。