世界第一！又在中國！量子計算研究傳來重磅消息

中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等

組成的研究團隊

帶來重磅消息

國際學術期刊《科學》12月4日凌晨在線發表我國科學家量子計算研究進展，76個光子的原型機「九章」問鼎全球最快計算機，這使得我國成功達到「量子計算優越性」裡程碑。

中國科學技術大學教授潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊與中科院上海微系統所、國家並行計算機工程技術研究中心合作，構建了76個光子的量子計算原型機「九章」，實現了具有使用前景的「高斯玻色取樣」任務的快速求解。

該量子計算系統處理「高斯玻色取樣」的速度比目前最快的超級計算機日本「富嶽」快一百萬億倍，等效地比去年美國谷歌公司發布的53個超導比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍，並且它的量子計算優越性不依賴於樣本數量，克服了谷歌53比特隨機線路取樣實驗中量子優越性依賴於樣本數量的漏洞。

「九章」量子計算原型機光路系統原理圖→左上方雷射系統產生高峰值功率飛秒脈衝；左方25個光源通過參量下轉換過程產生50路單模壓縮態輸入到右方100模式光量子幹涉網絡; 最後利用100個高效率超導單光子探測器對幹涉儀輸出光量子態進行探測。 製圖：陸朝陽，彭禮超

量子計算機具有超快並行計算能力，相比於經典計算機，量子計算機通過特定算法在一些具有重大問題方面實現指數級別的加速。當前，研製量子計算機成為世界科技前沿的最大挑戰之一，是國家間角逐的焦點。

潘建偉團隊在光量子信息處理方面處於國際領先水平，2017年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年研製了確定性偏振、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量子比特的希爾伯特態空間，逼近「量子計算優越性」。

光量子幹涉實物圖→左下方為輸入光學部分，右下方為鎖相光路，上方共輸出100個光學模式，分別通過低損耗單模光纖與100超導單光子探測器連接。攝影：馬瀟漢，梁競，鄧宇皓

潘建偉團隊近期自主研製出具備高效率、高全同性、極高亮度和大規模擴展能力的量子光源，滿足相位穩定、全連通隨機矩陣、波包重合度優於99.5%、通過率優於98%的100模式幹涉線路，相對光程10的-9次方以內的鎖相精度，高效率100通道超導納米線單光子探測器，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10的30次方。

這一成果牢固確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位，為未來實現可解決具有重大實用價值問題的規模化量子模擬機奠定技術基礎。基於「九章」的高斯玻色取樣算法還在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用，成為後續發展的重要方向。

多位國外相關領域的教授，包括沃爾夫獎獲得者、美國科學院院士等資深專家也高度評價。

德國馬普所所長 沃爾夫獎得主 富蘭克林獎章得主Ignacio Cirac：

總體來說，這是量子科技領域的一個重大突破，朝著研製相比經典計算機具有量子優勢的量子設備邁出了一大步。我相信這項成果背後付出了巨大的技術努力。潘教授的團隊在世界上獨一無二的，他們產生了包括這個實驗在內的很多重大成果。

奧地利科學院院長 沃爾夫獎得主 美國科學院院士Anton Zeilinger：

這項工作成果很重要，因為潘建偉和他的同事證明，基於光子（光的粒子）的量子計算機也可能實現「量子計算優越性」。我預測很有可能有朝一日量子計算機會被廣泛使用。甚至每個人都可以使用。

麻省理工學院副教授 美國青年科學家總統獎得主 斯隆獎得主Dirk Englund：

這是一個劃時代的成果。這是一個了不起的成就。這是開發這些中型量子計算機的裡程碑。

維也納大學教授 美國物理學會會士Philip Walther：

他們在實驗中拿到了目前最強經典計算機萬億年才能給出的計算結果，為量子計算機的超強能力給出了強有力的證明。

加拿大卡爾加裡大學教授 量子科學和技術研究所所長Barry Sanders：

我認為這是一項傑出的工作，改變了當前的格局( it’s the game changer)。我們一直努力證明量子信息處理可以戰勝經典的信息處理。這個實驗使經典計算機望塵莫及。

去年，谷歌取得了一項巨大的成果，即量子計算優越性，但這是有爭議的。谷歌的結果是，他們擁有一臺量子計算機，其性能比其他任何經典計算機都要好。然後，IBM對此提出相反的論點：他們並未完全實現。質疑是否真正的達到了量子計算優越性。

這個實驗（潘建偉院士團隊的實驗）不存在爭論，毫無疑問，該實驗取得的結果遠遠超出了傳統機器的模擬能力。

我想說的是，這個實驗技術挑戰非常巨大。為了獲得此結果，他們必須解決許多非常困難的技術問題。僅僅在技術層面上，他們所取得的成就也令人印象深刻。這是人們夢寐以求的實驗，他們做成了，讓夢想走進現實。

昆士蘭大學教授Tim Ralph：

我相信潘教授和陸教授團隊的論文是一個重大突破。這是一個真正的「英雄」實驗，將實驗各個方面的技術推進到遠遠超過以前的水平。該設備的規模是非凡的：100模式幹涉儀、25個壓縮器提供輸入的量子態、使用100個單光子探測器進行探測，並且實現了同時保持高效率，穩定性和量子不可分辨性——這都是展示量子計算優越性所必須的。

美國科學院院士 沃爾夫獎得主 狄拉克獎章得主Peter Zoller：

利用量子器件來解決日益複雜的問題並體現量子優勢是量子科學前沿中的最重要問題之一。陸朝陽、潘建偉和同事們基於光子進行的高斯玻色子採樣實驗，無論是在量子系統的大小和擴展性方面，還是在實際應用的前景方面，都把研究水平提升到了一個新的高度。

瑞典皇家理工學院教授Val Zwiller：

著名的中國科學技術大學團隊報導的量子計算優越性的工作為量子科學樹立了一個新的重要裡程碑，因為一個重要的量子優勢清楚地證明了其量子處理器的表現遠遠優於超級計算機。為了實現這一目標，他們克服了重大的技術挑戰，從而產生、操縱和探測非常大尺度的光量子態。

美國耶魯大學教授 布魯克海文國家實驗室量子優勢合作設計中心主任 美國藝術和科學院院士 巴克萊獎獲得者Steven Girvin：

這是一個極其困難的，需要付出很大的努力來完善的工作。對此我印象非常深刻，我認為這是我們控制量子系統能力的重要技術進步。

英國劍橋大學教授 英國物理學會託馬斯.楊獎章獲得者Mete Atature：

對於量子計算這個蓬勃發展的領域來說，這確實是一個驚豔的時刻。陸教授和潘教授的這一成就將光子和以基於光子的量子技術置於世界舞臺中央。通過這項工作，我們進入了量子技術應用的時代，與傳統方法相比，我們取得了可觸及的優越性。