里程碑！光量子計(jì)算：態(tài)空間維數(shù)提高百億倍

記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、陸朝陽等與中外合作者合作，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了20光子輸入60×60模式干涉線路的玻色取樣量子計(jì)算，輸出了復(fù)雜度相當(dāng)于48個量子比特的希爾伯特態(tài)空間，其維數(shù)高達(dá)370萬億。這個工作同時在光子數(shù)、模式數(shù)、計(jì)算復(fù)雜度和態(tài)空間4個關(guān)鍵指標(biāo)上都大幅超越之前的國際紀(jì)錄，其中，態(tài)空間維數(shù)比國際同行之前的光量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)高百億倍。研究論文日前以“編輯推薦”形式發(fā)表于《物理評論快報》上。

研制量子計(jì)算機(jī)已成為前沿科學(xué)的最大挑戰(zhàn)之一，其中，量子計(jì)算研究的第一個階段性目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”(也稱“量子霸權(quán)”)，即研制出量子計(jì)算原型機(jī)在特定任務(wù)的求解方面超越經(jīng)典的超級計(jì)算機(jī)。利用超導(dǎo)量子比特實(shí)現(xiàn)隨機(jī)線路取樣和利用光子實(shí)現(xiàn)玻色取樣是目前國際學(xué)術(shù)界公認(rèn)的演示量子計(jì)算優(yōu)越性的兩大途徑。

面向這一戰(zhàn)略目標(biāo)，在前期工作基礎(chǔ)上，中國科大研究組利用自主發(fā)展的國際最高效率和最高品質(zhì)單光子源、最大規(guī)模和最高透過率的多通道光學(xué)干涉儀，成功實(shí)現(xiàn)了20光子輸入60×60模式干涉線路的玻色取樣實(shí)驗(yàn)。與國際同行的類似工作相比，實(shí)驗(yàn)成功操縱的單光子數(shù)增加了5倍，模式數(shù)增加了5倍，取樣速率提高了6萬倍，輸出態(tài)空間維數(shù)提高了百億倍。其中，由于多光子高模式特性，輸出態(tài)空間達(dá)到了370萬億維數(shù)，這等效于48個量子比特展開的希爾伯特空間。因此，實(shí)驗(yàn)首次將玻色取樣推進(jìn)到一個全新的區(qū)域：無法通過經(jīng)典計(jì)算機(jī)直接全面驗(yàn)證該玻色取樣量子計(jì)算原型機(jī)，朝著演示量子計(jì)算優(yōu)越性的科學(xué)目標(biāo)邁出了關(guān)鍵的一步。

審稿人評價該工作“在解決關(guān)鍵問題上邁出了重要幾步”、是“一個巨大的飛躍”。美國物理學(xué)會Physics網(wǎng)站總結(jié)指出：“這意味著量子計(jì)算領(lǐng)域的一個里程碑：接近經(jīng)典計(jì)算機(jī)不能模擬量子系統(tǒng)的地步。”(記者吳長鋒)

關(guān)鍵詞： 光量子計(jì)算