全球最快！“九章”来了，6亿年→200秒！

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等

组成的研究团队

带来重磅消息

国际学术期刊《科学》12月4日凌晨在线发表我国科学家量子计算研究进展，76个光子的原型机“九章”问鼎全球最快计算机，这使得我国成功达到“量子计算优越性”里程碑。

中国科学技术大学教授潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，构建了76个光子的量子计算原型机“九章”，求解数学算法高斯玻色取样只需200秒，而目前世界最快的超级计算机要用6亿年，实现了具有使用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解。

该量子计算系统处理高斯玻色取样的速度

比目前最快的超级计算机

快一百万亿倍

（“九章”一分钟完成的任务，超级计算机需要一亿年）

等效地

其速度比去年谷歌发布的53个超导比特量子计算原型机“悬铃木”

快一百亿倍

并且它的量子计算优越性不依赖于样本数量，克服了谷歌53比特随机线路取样实验中量子优越性依赖于样本数量的漏洞。

“九章”量子计算原型机光路系统原理图→左上方激光系统产生高峰值功率飞秒脉冲；左方25个光源通过参量下转换过程产生50路单模压缩态输入到右方100模式光量子干涉网络; 最后利用100个高效率超导单光子探测器对干涉仪输出光量子态进行探测。 制图：陆朝阳，彭礼超

量子计算机具有超快并行计算能力，相比于经典计算机，量子计算机通过特定算法在一些具有重大问题方面实现指数级别的加速。当前，研制量子计算机成为世界科技前沿的最大挑战之一，是国家间角逐的焦点。

潘建伟团队在光量子信息处理方面处于国际领先水平，2017年构建了世界首台超越早期经典计算机的光量子计算原型机，2019年研制了确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的国际最高性能单光子源，实现了20光子输入60量子比特的希尔伯特态空间，逼近“量子计算优越性”。

光量子干涉实物图→左下方为输入光学部分，右下方为锁相光路，上方共输出100个光学模式，分别通过低损耗单模光纤与100超导单光子探测器连接。摄影：马潇汉，梁竞，邓宇皓

潘建伟团队近期自主研制出具备高效率、高全同性、极高亮度和大规模扩展能力的量子光源，满足相位稳定、全连通随机矩阵、波包重合度优于99.5%、通过率优于98%的100模式干涉线路，相对光程10的-9次方以内的锁相精度，高效率100通道超导纳米线单光子探测器，成功构建了76个光子100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机“九章”，输出量子态空间规模达到10的30次方。

这一成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位，为未来实现可解决具有重大实用价值问题的规模化量子模拟机奠定技术基础。基于“九章”的高斯玻色取样算法还在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用，成为后续发展的重要方向。

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多位国外相关领域的教授，包括沃尔夫奖获得者、美国科学院院士等资深专家也高度评价。

以下视频来源于

中国科学技术大学

德国马普所所长 沃尔夫奖得主 富兰克林奖章得主Ignacio Cirac：

总体来说，这是量子科技领域的一个重大突破，朝着研制相比经典计算机具有量子优势的量子设备迈出了一大步。我相信这项成果背后付出了巨大的技术努力。潘教授的团队在世界上独一无二的，他们产生了包括这个实验在内的很多重大成果。

奥地利科学院院长 沃尔夫奖得主 美国科学院院士Anton Zeilinger：

这项工作成果很重要，因为潘建伟和他的同事证明，基于光子（光的粒子）的量子计算机也可能实现“量子计算优越性”。我预测很有可能有朝一日量子计算机会被广泛使用。甚至每个人都可以使用。

麻省理工学院副教授 美国青年科学家总统奖得主 斯隆奖得主Dirk Englund：

这是一个划时代的成果。这是一个了不起的成就。这是开发这些中型量子计算机的里程碑。 

维也纳大学教授 美国物理学会会士Philip Walther：

他们在实验中拿到了目前最强经典计算机万亿年才能给出的计算结果，为量子计算机的超强能力给出了强有力的证明。

加拿大卡尔加里大学教授 量子科学和技术研究所所长Barry Sanders：

我认为这是一项杰出的工作，改变了当前的格局( it’s the game changer)。我们一直努力证明量子信息处理可以战胜经典的信息处理。这个实验使经典计算机望尘莫及。

去年，谷歌取得了一项巨大的成果，即量子计算优越性，但这是有争议的。谷歌的结果是，他们拥有一台量子计算机，其性能比其他任何经典计算机都要好。然后，IBM对此提出相反的论点：他们并未完全实现。质疑是否真正的达到了量子计算优越性。

这个实验（潘建伟院士团队的实验）不存在争论，毫无疑问，该实验取得的结果远远超出了传统机器的模拟能力。

我想说的是，这个实验技术挑战非常巨大。为了获得此结果，他们必须解决许多非常困难的技术问题。仅仅在技术层面上，他们所取得的成就也令人印象深刻。这是人们梦寐以求的实验，他们做成了，让梦想走进现实。

昆士兰大学教授Tim Ralph：

我相信潘教授和陆教授团队的论文是一个重大突破。这是一个真正的“英雄”实验，将实验各个方面的技术推进到远远超过以前的水平。该设备的规模是非凡的：100模式干涉仪、25个压缩器提供输入的量子态、使用100个单光子探测器进行探测，并且实现了同时保持高效率，稳定性和量子不可分辨性——这都是展示量子计算优越性所必须的。

美国科学院院士 沃尔夫奖得主 狄拉克奖章得主Peter Zoller：

利用量子器件来解决日益复杂的问题并体现量子优势是量子科学前沿中的最重要问题之一。陆朝阳、潘建伟和同事们基于光子进行的高斯玻色子采样实验，无论是在量子系统的大小和扩展性方面，还是在实际应用的前景方面，都把研究水平提升到了一个新的高度。

瑞典皇家理工学院教授Val Zwiller：

著名的中国科学技术大学团队报道的量子计算优越性的工作为量子科学树立了一个新的重要里程碑，因为一个重要的量子优势清楚地证明了其量子处理器的表现远远优于超级计算机。为了实现这一目标，他们克服了重大的技术挑战，从而产生、操纵和探测非常大尺度的光量子态。

美国耶鲁大学教授 布鲁克海文国家实验室量子优势合作设计中心主任 美国艺术和科学院院士 巴克莱奖获得者Steven Girvin：

这是一个极其困难的，需要付出很大的努力来完善的工作。对此我印象非常深刻，我认为这是我们控制量子系统能力的重要技术进步。

英国剑桥大学教授  英国物理学会托马斯.杨奖章获得者Mete Atature：

对于量子计算这个蓬勃发展的领域来说，这确实是一个惊艳的时刻。陆教授和潘教授的这一成就将光子和以基于光子的量子技术置于世界舞台中央。通过这项工作，我们进入了量子技术应用的时代，与传统方法相比，我们取得了可触及的优越性。

安徽量子科技优势又一次显现！

来源：安徽日报、中国科学技术大学、新华社

编辑：李进

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