圖片來自《科學進展》

　　

　　量子計算機有望在一些問題上實現指數級加速，從藥物發現到電池新材料等領域都具有潛在的應用。而目前“量子霸權”備受關注，即量子計算機執行任務的能力甚至超越世界上最強大的超級計算機。

　　

　　2020年12月，中國科學技術大學團隊研制的“九章”光學量子計算機原型，在求解“高斯玻色采樣”(GBS)問題時，實現了“量子優越性”。這項在200秒內完成的實驗，如果用世界上最強大的超級計算機來模擬，需要6億年才能完成。

　　

　　高斯玻色采樣(GBS)是一種在高度糾纏的高斯態下測量光子的先進方法。

　　

　　此次，布里斯托大學量子工程技術(QET)實驗室團隊，與倫敦帝國理工學院和惠普企業研究人員合作，提出了更快的經典GBS模擬方法，將模擬時間縮短到只有幾個月，加速因子約為10億。團隊在約10萬核的超級計算機上進行測試，以模擬多達100種模式和多達92個光子的GBS實驗，并引入一種有效的經典抽樣分布，并通過了多種GBS驗證方法。

　　算法和閾值檢測器采樣方法示意圖，圖片來自論文
 

 

　　與此同時，其他聲稱具有“量子霸權”的實驗團隊，如谷歌的量子計算團隊，也正在改進這類實驗經典算法的模擬。

　　

　　牛津量子電路高級量子工程師兼論文共同第一作者Bryn Bell說：“隨著研究人員開展更大規模的實驗，他們更渴求相對于經典模擬的‘量子優越性’。我們的結果將為確定未來GBS實驗的計算能力，提供一個重要的比較點。”

　　

　　QET實驗室博士生兼共同第一作者Jake Bulmer認為，這些“量子優越性”實驗代表了物理學和工程學的巨大成就。該實驗室聯合主任Anthony Laing表示，隨著人類開發更復雜的量子計算技術，這類工作將幫助人們理解未來必須克服的障礙，特別是在解決清潔能源和醫療保健問題上，“此次研究與惠普企業研究人員合作就是一個很好的例子。”