“九章三號”誕生 快超級電腦一億億倍

　　圖：2021年10月21日，“十三五”科技創新成就展上的“九章”量子計算原型機模型吸引參觀者。\中新社

　　記者從中國科學技術大學獲悉，該校中國科學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國科學院上海微系統所、國傢並行計算機工程技術研究中心合作，成功構建瞭255個光子的量子計算原型機“九章三號”，刷新瞭光量子信息技術水平和量子計算優越性的世界紀錄，在1微秒內處理的樣本需超級計算機花費超二百億年時間。“九章三號”求解高斯玻色取樣數學問題的速度，比目前全球最快的超級計算機快一億億倍。\大公報記者 趙臣合肥報道

　　科研人員此次設計瞭時空解復用的光子探測新方法，提升瞭光子操縱水平和量子計算復雜度。根據最優經典精確采樣算法，“九章三號”處理高斯玻色取樣的速度比上一代“九章二號”提升一百萬倍。“九章三號”在百萬分之一秒（1微秒）時間內所處理的最高復雜度的樣本，需要當前最強的超級計算機美國的“前沿”（Frontier）花費超過二百億年的時間。這一成果鞏固瞭我國在光量子計算領域的國際領先地位。

　　中國“雙賽道”實現量子計算優越性

　　量子計算是後摩爾時代的一種新的計算范式，它在原理上具有超快的並行計算能力，可望通過特定量子算法在一些具有重大社會和經濟價值的問題方面相比經典計算機實現指數級別的加速。國際學術界制定瞭三步走的發展路線。第一步是實現“量子計算優越性”，即通過對近百個量子比特的高精度量子調控，對特定問題的求解展現超級計算機無法比擬的算力。

　　2019年，美國谷歌和加州大學發佈瞭53比特“懸鈴木”超導量子計算處理器，宣稱用200秒求解的隨機線路采樣問題需要超級計算機一萬年時間求解。2020年，中國科大團隊成功構建76光子的“九章”光量子計算原型機，首次在國際上實現光學體系的“量子計算優越性”，並克服瞭谷歌實驗中量子優越性依賴於樣本數量的漏洞。2021年，中國科大團隊進一步成功研制瞭113光子的可相位編程的“九章二號”和56比特的“祖沖之二號”量子計算原型機，使我國成為唯一在光學和超導兩種技術路線都達到瞭“量子計算優越性”的國傢。

　　超導納米線探測器 提升計算復雜度

　　“九章”取名於中國古代數學名著《九章算術》。此次“九章三號”的構建，中國科大團隊在理論上首次發展瞭包含光子全同性的新理論模型，實現瞭更精確的理論與實驗脗合；發展瞭完備的貝葉斯驗證和關聯函數驗證，全面排除瞭所有已知的經典仿冒算法，提供瞭進一步數據支撐。在技術上，研制瞭基於光纖時間延遲環的超導納米線探測器，把多光子態分束到不同空間模式並通過延時把空間轉化為時間，實現瞭準光子數可分辨的探測系統。一系列創新使團隊首次實現瞭對255個光子的操縱能力，提升瞭光量子計算的復雜度。

　　此外，在構建“九章”系列光量子計算原型機的基礎上，中國科大研究團隊揭示瞭高斯玻色取樣和圖論之間的數學聯系，完成對稠密子圖和Max-Haf兩類具有實用價值的圖論問題的求解，相比經典計算機精確模擬的速度快1.8億倍。並在國際上首次演示瞭無條件的多光子量子精密測量優勢。