中科大潘建伟、陆朝阳团队实验刷新四项世界纪录

 

    近日,中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟等人与德国、荷兰的科学家合作,在国际上首次实现了20光子输入60×60模式干涉线路的玻色取样量子计算,在四大关键指标上均大幅刷新国际记录,逼近实现量子计算研究的重要目标“量子霸权”。

    国际权威学术期刊《物理评论快报》日前以“编辑推荐”的形式发表了该成果,审稿人认为,这项研究突破是“一个巨大的飞跃”,“是通往实现‘量子霸权’的‘弹簧跳板’”。

    

    美国物理学会Physics网站以“玻色取样量子计算逼近里程碑”为题对该工作做了精选报道,网站评价认为,这个实验已经接近超越传统计算机,意味着量子计算领域的一个里程碑。

 

  我国量子计算研究获重要进展:玻色取样实验逼近“量子霸权”

 

  据新华网、科学网等多家媒体报道,中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等与中科院上海微系统与信息技术研究所尤立星以及德国和荷兰的科学家合作,在国际上首次实现了20光子输入60×60模式干涉线路的玻色取样量子计算,输出了复杂度相当于48个量子比特的希尔伯特态空间,其维数高达370万亿。

这个工作在光子数、模式数、计算复杂度和态空间这四个关键指标上都大幅超越之前的国际记录,其中,态空间维数比国际同行之前的光量子计算实验高百亿倍。论文以“编辑推荐”形式近日发表于《物理评论快报》(PRL)。美国物理学会Physics网站以“玻色取样量子计算逼近里程碑”为题对该工作做了精选报道。

 

  量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力,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。当前,研制量子计算机已成为前沿科学的最大挑战之一,成为世界各国角逐的焦点。

 

其中,量子计算研究的第一个阶段性目标是实现“量子计算优越性”(亦译为“量子霸权”),即研制出能在特定任务求解方面超越经典超算的量子计算机。面向这一战略目标,潘建伟、陆朝阳研究团队长期致力于可扩展单光子源和玻色取样量子计算的研究。

研究团队提出相干双色激发和椭圆微腔耦合理论方案,在实验上同时解决了单光子源所存在的混合偏振和激光背景散射这两个最后的难题,并在窄带和宽带微腔上成功研制出了确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的单光子源,相关成果被选为《自然·光子学》封面文章。

 

  此次研究团队利用自主开发的国际最高效率和最高品质的单光子源、最大规模和最高透过率的多通道光学干涉仪,并通过与中科院上海微系统与信息技术研究所尤立星在超导纳米线高效率单光子探测器方面的合作,成功实现了20光子输入60×60模式(60个输入口,60层线路深度,包括396个分束器和108个反射镜)干涉线路的玻色取样实验。

 

  与国际同行的类似工作相比,中科大的此次实验成功操纵的单光子数增加了5倍,模式数增加了5倍,取样速率提高了6万倍,输出态空间维数提高了百亿倍。其中,由于多光子高模式特性,输出态空间达到了370万亿维数,这等效于48个量子比特展开的希尔伯特空间。

 

  这次实验首次将玻色取样推进到一个全新的区域:无法通过经典计算机直接全面验证该波色取样量子计算原型机,朝着演示量子计算优越性的科学目标迈出了关键的一步。

 

  PRL审稿人指出:该成果“在解决关键问题上迈出了重要几步,是个巨大的飞跃,不仅是对光量子计算能力的一次有影响力的测试,更是通往实现量子计算优越性的弹簧跳板。

 

  美国物理学会旗下Physics网站认为:“这意味着量子计算领域的一个里程碑:接近经典计算机不能模拟量子系统的程度。

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