容忍光子損失的「玻色採樣」首次實現

2021-01-15 中安在線網站

　　記者6月12日從中科大獲悉，該校潘建偉院士團隊與中科院上海微系統與信息技術研究所研究員尤立星小組合作，實驗研究了一種量子計算模型「玻色採樣」對光子損失的魯棒性，證明容忍一定數目光子損失的「玻色採樣」可以帶來採樣率的有效提升。該成果為通過「玻色採樣」實現「量子霸權」開闢了一條高效的途徑，著名學術期刊《物理評論快報》6月6日發表了這一成果。

　　在量子計算領域，能演示量子機器在特定問題上優於經典計算機的實驗，被國際學術界稱為「量子霸權」。2010年，麻省理工學院科學家在理論上提出「玻色採樣」，並嚴格證明此模型是實現「量子霸權」的有效途徑之一。簡單地說，「玻色採樣」就是在一種類似於高爾頓板的量子光學系統中，N個光子從入口跑進去，又隨機從N個出口跑出來的過程，光子從不同口子出來的概率各不相同。 「玻色採樣」實驗嘗試實現量子計算，雖然只能用於特定問題的解決，但為製造通用量子計算機掃清了重要的技術障礙。

　　然而，「玻色採樣」實驗的一個重要挑戰，就是要面對光子的損耗。最近，潘建偉團隊首次在實驗上探索了可容忍光子損耗的「玻色採樣」。

　　他們發展了國際上最高效率和品質的量子點單光子源，並自主研發了集成127個分束器的具有最高透過率的光量子線路。結合尤立星小組研製的高性能超導納米線單光子探測器，他們通過實驗證明，在損耗一定光子數的情況下，「玻色採樣」仍然保持其原來的計算複雜度。與此同時，這種新型的「玻色採樣」，可以指數級地提升採樣速率。

　　該成果表明我國繼續在光學量子計算方面保持國際領先水平，並向超越經典計算能力的「量子霸權」研究目標又邁進了一步。美國物理學會網站邀請澳大利亞量子計算和量子通信技術國家研究中心Austin Lund博士以《光子損耗不會使得量子採樣脫軌》為題，對這一研究成果作了評述。(記者 桂運安)

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