隨著集成電路逐漸接近原子極限,量子計算被認為是后摩爾時代最具潛力的破局者。相比經典計算機,量子計算可提供指數級的算力提升,從而突破目前日益復雜的生物醫藥、材料設計和金融模型等領域的算力瓶頸。當前,研制量子計算機已成為世界科技前沿的最大挑戰之一,也是各發達國家角逐的焦點。

目前量子計算主要包括超導量子、硅基半導體、光量子和拓撲等路線。其中,光量子路線的量子優勢紀錄由中國“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,“九章”只需一分鐘。

近日,美國國家標準與技術研究院與加拿大量子技術公司Xanadu合作,開發了一種光子處理器,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。該系統能在所有實現的門上提供動態可編程性,運行速度加快了5000萬倍以上,可能再次代表了“量子計算優越性”。

量子優越性像個門檻,當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越性的特定性任務之一,一直被科學家寄予厚望。

由于量子力學賦予了光子很多特殊性質,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學問題,同時又應用了光子的量子力學特性。

在過去實現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絡中傳播。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果被經典算法重復的脆弱性,使得在一個可編程光子單處理器上,檢測多達219個光子(平均125個)。這是目前報告的最大的量子優越性光子實驗。

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。

關鍵詞： 超級計算機 量子計算機 量子力學