随着“九章”实现量子优越性，光量子被证明是最具潜力的量子计算技术之一。目前，国外已有Xanadu、PsiQuantum、QuiX等光量子计算公司，其中PsiQ获得了包括微软在内投资的5亿多美元，Xanadu和QuiX也有产品投入商用。中国光量子计算处于全球领先地位，但迟迟没有一家光量子计算公司。2021年初，上海诞生了国内首家光量子计算公司——图灵量子，并于近日宣布完成近亿元人民币天使轮融资，本轮融资由联想之星领投，中科神光、前海基金、源来资本、小苗朗程跟投。本轮融资将用于光量子计算芯片以及光量子计算机的研发。图灵量子起源于上海交通大学集成量子信息技术（IQT）研究中心，在研究中心主任金贤敏教授的带领下，研究团队同时在光量子信息和光子芯片领域研究十余年。图灵量子在成立之初即确立了通用量子计算机的长期研发目标。该团队认为，实现通用量子计算机有三个前提——百万量子比特的操纵能力、低环境要求、高集成度。而光量子路径是唯一能够满足这些条件的技术体系，是通向大规模通用量子计算的最可行路径。与超导、离子阱、半导体等技术路线相比，光子与外部环境的相互作用极其微弱，无需真空和低温；信息存储量大、热量散发少、能耗相对较小；兼容量子通信。下图是各技术路线的简单对比，几个指标包括量子比特数量、互连性、门保真度、运行温度、门速度和系统可扩展性。其中，绿色表示在该指标评估中是优势，红色表示劣势，黄色表示中等水平。因此，光量子计算是唯一没有相对劣势的技术路线。量子处理器技术路线比较（来源：Inside Quantum Technology）在光量子计算机中，处理信息的基本单元是一个无限维的玻色子模式，我们称之为量子模式(qumode)，这使得它特别适合于有关光的实验和应用。由于光的物理性质是连续的，因此光量子计算机也被称为连续变量(CV)模型。相反，超导或离子阱量子计算机中的量子比特(qubit)是离散变量。CV模型既保留了离散变量模型的计算能力，同时也提供了一些独特的特性。例如，CV模型适用于模拟玻色子系统（电磁场、被捕获的原子、谐振子、玻色-爱因斯坦凝聚态、声子或光力学谐振器），也适用于存在连续量子算符（如位置和动量）的环境。量子模式的初始态是一个真空态|0⟩。真空态的概率分布用维格纳函数表示，所有的值都是正数。通过将量子逻辑门应用于量子模式，真空态可以演化成不同的态。然后，应用一个压缩门（一种量子逻辑门）。想像一下，有人在用某种力挤压真空态，直到变成某种形状。最终它将真空态压缩为四分之一。九章的“高斯玻色取样”就是通过压缩真空态来实现的。所谓“玻色取样”问题，可以理解成一个量子世界的高尔顿板。如下图所示，小球从最上方被扔下，每经过一个钉板，从左边走或从右边走的概率都是50%，当有很多个小球从上往下随机掉落时，落在下面的格子里的小球数量分布上会呈现一定的统计规律，这个模型可以用来直观地认识中心极限定理。
如果将高尔顿板发展出一个量子版本，即由全同光子来代替小球，用分束器（当一束光通过分束器时会被分成两束强度较低的光，一束透射，另一束反射）来代替钉子，则这个游戏就变成“玻色取样”的量子模拟。由于单光子的制备比较困难，Lund等人提出了一个新型的玻色取样装置（SBS），该装置的优势是通过压缩态提供了单光子源的产生设备，缺点是需要付出一定的空间来作为输入态的制备。2017年，Kruse等人提出了高斯玻色取样模型（GBS），该模型光子更好制备，且不需要额外的空间。下图是GBS的物理实现示意，光子从左边的K模压缩真空态产生，经过线性光学网络，从右边M模输出口输出。在九章研究中，单模式压缩态的光被用来代替单光子，GBS的光子生成率远高于单光子玻色取样。九章是一个76个光子100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机，它的光路有100个输入和100个输出，包括300个分束器和75个随机排列的反射镜。该系统是完全连接的，因此任何输入端口的光子都可以从任何输出端口出现。根据现有理论，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“富岳”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）。中国光量子计算机取得突破，离不开国内研究人员十几年如一日地攻克技术难关，而金贤敏也是这些优秀科学家中的一份子。1980年出生的金贤敏，本科就读于安庆师范大学，在2003年凭借第一的成绩考入中国科学技术大学近代物理系攻读研究生。2003年，金贤敏师从潘建伟教授，2008年获得博士学位，2008-2010年在潘建伟实验室做博士后。在此期间，金贤敏作为第一作者完成的16公里自由空间量子隐形传态工作以封面文章发表在Nature子刊《自然-光子学》上，并入选两院院士和科技部评选的2010 年中国十大科技进展。2010-2014年，金贤敏在牛津大学物理系工作，被评为“玛丽•居里”学者。他在牛津大学合作的导师是Ian Walmsley，他领衔的团队是全球最早开展光量子芯片工作的两个最顶尖的实验室之一。在此期间，金贤敏参与完成了第一个“玻色取样”实验。2014年，金贤敏加入上海交通大学，组建了“光子集成与量子信息实验室”，专注于光量子芯片的研发。从2014年到2017年，金贤敏团队一直没有很亮眼的成果发表。缺资金、缺人才、工艺集成难度高……在上海市科委和国家自然科学基金委的支持下，这个光量子计算研发团队度过了最艰难的时期，迎来了科研成果的“井喷”。2018年5月，金贤敏团队报道了世界最大规模的三维集成光量子芯片，通过其自主研发的飞秒激光直写技术制备了节点数多达49×49的三维光量子计算芯片。这也是国内首个光量子计算芯片。通过飞秒激光直写技术，科研人员操纵激光器在二氧化硅材料上方移动，在几百飞秒（1飞秒只有1秒的一千万亿分之一）时间内，激光在不损伤材料表面的情况下就能完成对材料内部的修饰和改性，制造出任意形状的三维结构和光子线路。更重要的是，2018年金贤敏团队与国防科技大学吴俊杰团队合作，用天河二号超级计算机标定了人类最强经典计算机求解玻色取样问题的能力上限，即实现量子优越性的基准。此外，金贤敏团队实现了基于机器学习的量子态分类器；制备出了首个轨道角动量波导光子芯片；发布全球首款专用光量子计算软件FeynmanPAQS，专注于一系列专用光量子计算算法的实现、图形化界面和实用化开发；基于三维光子集成芯片实现了快速到达量子加速算法，发表在Nature 子刊《自然-光子学》上，并入选2018 年中国光学十大进展。2020年8月，英国皇家物理学会《Physics World》杂志以头条新闻报道了金贤敏团队的研究成果：量子围棋机器（Quantum Go Machine）。研究人员通过使用纠缠光子来模拟处于量子叠加状态的棋子，从而大大提升了游戏的复杂性——他们认为这项技术将成为复杂人工智能机器玩家的终极测试。经过多年努力，金贤敏团队在光量子计算硬件和软件领域已有大量的技术积累，从技术趋势来看，图灵量子的成立恰逢其时，九章实现量子优越性，Xanadu推出光量子计算云平台并实现编程，国防科大强晓刚团队研制成功新型可编程光量子计算芯片，以及金贤敏团队取得的大量成果，为光量子计算的产业化铺平了道路。值得一提的是，图灵量子拥有独特的光子集成芯片技术，正如几十年前集成电路的出现大大扩展了计算机的计算和存储能力，光量子芯片也将提供很好的可扩展性。
目前，图灵量子的团队汇聚了来自英国牛津大学、谢菲尔德大学、帝国理工学院、美国加州大学伯克利分校、上海交通大学、清华大学、中科院等国内外大学的学者和工程师。从公司名字也不难看出图灵量子的决心，“计算机科学之父”图灵在1936年提出了一种通用计算机——图灵机，而图灵量子要做量子时代的通用计算机。进入光子盒社群，与我们近距离互动，了解量子领域更多产业、商业、科技动态，领取量子技术产业报告。现添加社群助手微信Hordcore即可进群 ，与我们一起展望未来！