九章三号”光量子计算原型机实现重大突破.pdfVIP

实现“九章三号”光量子计算原型机

大学量子信息与量子科技创新、陆朝阳、等

组成的研究团队与微系统所、国家并行计算机工程技术合作，成功构

建了255个光子的量子计算原型机“九章三号”，再度刷新了光量子信息的技术水平和量子计

算优越性的世界。科研人员设计了时空解复用的光子探测新方法，构建了高保真度的准光子

数可分辨探测器，提升了光子水平和量子计算复杂度。根据公开正式的最优经典精确采

样算法，“九章三号”处理玻色取样的速度比上一代“九章二号”提升一百万倍。“九章三号”

在百万分之一秒时间内所处理的最高复杂度的样本，需要当前最强的超级计算机“前沿”

（Frontier）花费超过二百亿年的时间。这一成果进一步巩固了我国在光量子计算领域的国际

领先地位。

图1：实验装置示意图

量子计算是后摩尔时代的一种新的计算范式，它在原理上具有超快的并行计算能力，可望

通过特定量子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计算机实现指数级别

的加速。因而，研制量子计算机是当前世界科技前沿的最大之一。

为此，界制定了三步走的发展路线。其中，第一步是实现“量子计算优越性”，

即通过对近百个量子比特的高精度量子调控，对特定问题的求解展现超级计算机无法比拟的算

力，这标志着40年前Feynman等人的梦想成为现实。“量子计算优越性”实验还可用于检验

计算科学的“扩展的丘奇—图灵论题”。同时，在此过程中，发展出可扩展的量子调控技术，

为具备容错能力的通用量子计算机的研制技术基础。

2019年，谷歌和加州大学发布了53比特“悬铃木”超导量子计算处理器，宣称用200秒

求解的随机线路采样问题需要超级计算机一万年时间求解。然而，这一宣称随后受到了科

学家的，改进后的经典算法使得超算上的计算时间从一万年缩短到数十秒，快于“悬铃木”

量子处理器。

2020年，团队成功构建76光子的“九章”光量子计算原型机[Science370,1460

(2020)]，首次在国际上实现光学体系的“量子计算优越性”，并克服了谷歌实验中量子优越

性依赖于样本数量的。2021年，团队进一步成功研制了113光子的可相位编程

的“九章二号”[PRL127,180502(2021)]和56比特的“祖冲之二号”量子计算原型机[PRL127,

180501(2021)]，使我国成为唯一在光学和超导两种技术路线都达到了“量子计算优越性”的

国家。

在这个“量子计算优越性”战略高地，国际竞争呈现出白热化。位于多伦多的Xanadu公司

与与技术合作，采用与“九章”光量子计算原型机相同的玻色取样路

线，在2022年发布了216光子的“北”量子处理器，在国际上第二个实现了光学体系“量

子计算优越性”。

UniversityofScienceandTechnologyofrealizes

JiuzhangNo.3opticalquantumcomputingprototype

AresearchteamcomposedofPanJianwei,LuChaoyang,andLiuNaileoftheInstituteofQuantumInformationand

QuantumTechnologyInnovationoftheAcademy