12月4日,中国科学手艺大学宣布该校潘建伟、陆向阳等研究团队与中科院上海微系统所、国家并行盘算机工程手艺研究中心互助,乐成构建76个光子的量子盘算原型机“九章”,实现了具有适用远景的“高斯玻色取样”义务的快速求解。

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中国团队首次突破量子优越性门槛

“九章”求解数学算法高斯玻色取样只需200秒,而现在天下最快的超级盘算机要用6亿年。这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。将该量子盘算机原型命名为“九章”,是为了纪念中国古代最早的数学专著《九章算术》。

这项研究成果12月4日在线揭晓在《科学》杂志上,论文标题为“使用光子的量子盘算优势”(quantum computational advantage using photons),通讯作者是中科大潘建伟教授。

“凭据现有理论,该量子盘算系统处置高斯玻色取样的速率比现在最快的超级盘算机快一百万亿倍,也就是说九章一分钟完成的义务,超级盘算机需要一亿年。等效地,其速率比去年谷歌公布的53个超导比特量子盘算原型机悬铃木快一百亿倍。”中科大在一份声明中示意。

业内以为,“九章”的精彩显示,牢固确立了我国在国际量子盘算研究中的第一方阵职位,为未来实现可解决具有重大适用价值问题的规模化量子模拟机奠基了手艺基础。

潘建伟团队一直在光量子信息处置方面处于国际领先水平。2017年,该团队构建了天下首台逾越早期经典盘算机(ENIAC)的光量子盘算原型机。2019年,团队进一步研制了确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的国际更高性能单光子源,实现了20光子输入60模式过问线路的玻色取样,输出复杂度相当于48个量子比特的希尔伯特态空间,逼近了“量子盘算优越性”。

“量子优越性像个门槛,是指当新生的量子盘算原型机,在某个问题上的盘算能力超过了最强的传统盘算机,就证实其未来有多方逾越的可能。”中科大教授陆向阳说,“多年来国际学界高度关注、期待这个里程碑式转折点到来。”

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量子盘算和经典盘算的动态竞争

《科学》杂志审稿人评价该事情是“一个更先进的实验”和“一个重大成就”。研究人员预计潘建伟团队的这项事情能够提升经典算法模拟方面的事情,不外同时指出量子优越性实验并不是一蹴而就的,而是更快的经典算法和不停提升的量子盘算硬件之间的竞争,但最终量子并行性会发生经典盘算机无法企及的算力。

量子盘算机在原理上具有超快的并行盘算能力,有望通过特定算法在一些具有重大社会和经济价值的问题方面,相比经典盘算机实现指数级别的加速。当前,研制量子盘算机已成为天下科技前沿的更大挑战之一,也是西欧发达国家角逐的焦点。

去年9月,美国谷歌公司推出53个量子比特的盘算机“悬铃木”,对一个数学算法的盘算只需200秒,并宣称相较于那时天下最快的超级盘算机“巅峰”实现了“量子优越性”。

不外谷歌的这项事情也引发了争议。量子盘算和经典盘算的竞争是一个历久的动态历程,虽然人们操作量子比特的数目和精准度在不停提升,然则经典盘算的算法和硬件也在不停优化,超算工程的潜力更是不能小觑。

在国际上,业内公认量子盘算机有三个指标性的生长阶段,第一个阶段是生长具备50-100个量子比特的高精度专用量子盘算机,逾越经典盘算机实现“量子盘算优越性”的里程碑,这也是“九章”取得的第一个阶段性的胜利。

“九章”也为量子盘算机下一阶段的生长奠基了基础。第二阶段科学家需要致力于研制可相关操作数百个量子比特的量子模拟机,用于解决若干超级盘算机无法胜任的具有重大适用价值的问题,好比量子化学、新材料设计、优化算法等。而“九章”量子盘算原型机所完成的高斯玻色取样算法在图论、机械学习、量子化学等领域具有潜在应用。

部门制药行业高管预估,量子模拟可将药物发现率提高5%到10%,并节约15%到20%的研发时间。与此同时,他们还以为更优的分子设计将推动药物审批效率。波士顿咨询(BCG)展望,到2030年,在制药行业,量子盘算市场规模将达200亿美元,化学、材料科学等科技密集型产业的规模将达70亿美元。

最后一个阶段,是大幅度提高可操作的量子比特数目和精度,研制可编程的通用量子盘算原型机。BCG预计,第二阶段和第三阶段量子盘算机生长的交界处,就是量子盘算逾越经典盘算在特定应用中的临界点。预计2030年之后,量子盘算的生长将显著加速。2031年到2042年,量子盘算机将在模拟、搜索和运算中执行高级功效,实现各种商业应用,对比经典盘算机具有显著的优势。

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