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        量子計(jì)算再升級(jí)!“九章二號(hào)”“祖沖之二號(hào)”問世

        2021-12-06 23:25:56許琦敏
        發(fā)明與創(chuàng)新 2021年41期
        關(guān)鍵詞:祖沖之光量子問世

        文/許琦敏

        10月26日,中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院對(duì)外公布,我國(guó)首臺(tái)實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”的光量子計(jì)算原型機(jī)“九章號(hào)”、超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”的升級(jí)版“九章二號(hào)”“祖沖之二號(hào)”雙雙問世,這使我國(guó)成為目前世界上唯一在超導(dǎo)量子和光量子兩種系統(tǒng)都達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑的國(guó)家。

        “九章二號(hào)”刷新國(guó)際光量子操縱技術(shù)水平

        繼2020年12月“九章號(hào)”問世以來,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等組成的研究團(tuán)隊(duì)與中科院上海微系統(tǒng)所、國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作,又進(jìn)行了一系列概念和技術(shù)創(chuàng)新。

        “我們?cè)诩す狻芗ぐl(fā)輻射放大’概念的啟發(fā)下,對(duì)量子光源進(jìn)行了改進(jìn),使光子的產(chǎn)率較之前提升了三倍,光源關(guān)鍵指標(biāo)也從63%提升到92%。”陸朝陽介紹,這對(duì)于“九章二號(hào)”的性能提升起到了關(guān)鍵作用。

        與此同時(shí),通過三維集成和收集光路的緊湊設(shè)計(jì), “九章二號(hào)”的多光子量子干涉線路從之前的100維度增加到了144維度。由此,“九章二號(hào)”探測(cè)到的光子數(shù)增加到了113個(gè),輸出態(tài)空間維度達(dá)到了1043。

        更值得一提的是,“九章二號(hào)”還實(shí)現(xiàn)了相位可編程功能。陸朝陽解釋,此處的“可編程”并非傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的編程,“我們可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)壓縮光的相位,實(shí)現(xiàn)對(duì)高斯玻色取樣矩陣的重新配置”。

        因此,“九章二號(hào)”可用于求解不同參數(shù)數(shù)學(xué)問題。根據(jù)目前已正式發(fā)表的最優(yōu)化經(jīng)典算法,“九章二號(hào)”在高斯玻色取樣這個(gè)問題上的處理速度比最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快億億億倍。也就是說,全球“最快超算”需30萬億年可算出的問題,“九章二號(hào)”只需1毫秒即可解決。

        目前,在國(guó)際光量子計(jì)算領(lǐng)域,世界排名第二的加拿大量子科技公司仙樂都實(shí)現(xiàn)的光量子操縱數(shù)目?jī)H為18個(gè)。中國(guó)科學(xué)家的成果再次刷新了國(guó)際上光量子操縱的技術(shù)水平。

        “祖沖之二號(hào)”首次達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑

        與“九章二號(hào)”相比,“祖沖之二號(hào)”的問世顯得更加激動(dòng)人心——這是我國(guó)首次在超導(dǎo)量子計(jì)算領(lǐng)域超越谷歌,并達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑。

        今年5月剛剛發(fā)布的“祖沖之號(hào)”,不到半年又有了升級(jí)版。“‘祖沖之二號(hào)’的處理器芯片采用全新的倒裝焊3D 封裝工藝,解決了大規(guī)模比特集成的問題?!敝袊?guó)科技大學(xué)量子創(chuàng)新院教授朱曉波介紹道。

        與“祖沖之號(hào)”相比,“祖沖之二號(hào)”實(shí)現(xiàn)了66個(gè)數(shù)據(jù)比特、110個(gè)耦合比特、11路讀取的高密度集成,最大態(tài)空間維度達(dá)到了1019。朱曉波介紹,“祖沖之二號(hào)”采用了“祖沖之號(hào)”所沒有的可調(diào)耦合架構(gòu),“這些耦合比特就是人類得心應(yīng)手的工具,從而能夠更好控制數(shù)據(jù)比特”,因此在“祖沖之二號(hào)”上,科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了比特間耦合強(qiáng)度的快速、精確可調(diào),顯著提高了并行量子門操作的保真度。

        通過量子編程的方式,研究人員實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子隨機(jī)線路取樣,演示了“祖沖之二號(hào)”可用于執(zhí)行任意量子算法的編程能力。根據(jù)目前已公開的最優(yōu)化經(jīng)典算法,“祖沖之二號(hào)”處理量子隨機(jī)線路取樣問題的速度比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快一千萬倍,計(jì)算復(fù)雜度較谷歌“懸鈴木”提高一百萬倍。

        朱曉波透露,目前研究團(tuán)隊(duì)已在進(jìn)行更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn),以期不斷刷新紀(jì)錄,“五年之后,希望可以驗(yàn)證‘有糾錯(cuò)保護(hù)的量子比特’,最終走向通用容錯(cuò)的量子計(jì)算”。(據(jù)《文匯報(bào)》)■

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