美国媒体称，有史以来第一次，用光子建造的量子计算机的性能甚至超过了运算速度最快的经典超级计算机。

据《科学美国人》月刊网站12月3日消息，由中国科技大学潘建伟和陆朝阳领导的物理学家团队实现了& quot高斯玻色采样& quot通过使用量子计算原型& quot九章& quot。国际学术期刊《科学》在线发表的论文显示，该结果是76个探测到的光子，远远超过了之前5个探测到的光子的记录和经典超级计算机的计算能力。

光量子干蓑衣网小编2022涉的物理示意图。(中国科技大学网站)

报道，与传统的用硅处理器建造的计算机不同，& quot九章& quot量子计算机是由激光器、反射镜、棱镜和光子探测器组成的精密台式设备。它不是一台有朝一日可以发送电子邮件或存储文档的通用计算机，但它可以展示量子计算技术的潜力。

计算能力远超经典计算机

去年谷歌上了头条，其& quot西克莫& quot量子处理器花了大约3分钟完成了超级计算机需要1万年才能完成的任务。在论文中，中国科学技术大学的研究小组估计，如果超级计算机“太湖之光”世界之最& # 039；的顶级超级计算机，被用来执行第九章中完成的运算任务。

报告指出，这只是科学家第二次证明& quot量子霸权& quot。这个术语描述的是，在某个时刻，量子计算机在速度上以指数级超越任何经典计算机，蓑衣网小编2022从而实际上完成其他设备可以完成的计算任务& # 039；t.

这一次，不仅原理得到了证明，而且有一些迹象表明& quot高斯玻色采样& quot可能有实际应用，比如解决量子化学和数学中的特殊问题。更广泛地说，掌握将光子控制为量子比特的能力是构建任何大规模量子互联网的先决条件。量子比特类似于经典计算中用来表示信息的比特。

Scott aronson目前是奥斯汀德克萨斯大学的一名理论计算机科学家。2011年，他和当时他的学生亚历克斯阿尔希波夫(Alex arkhipov)率先解释了玻色采样的基本原理。阿伦森说，多年来，玻色取样实验一直被限制在只有大约3到5个光子，这是& quot远离量子霸权& quot。他说，& quot扩大规模非常困难。向他们致敬。"

据报道，在过去的几年里，量子计算技术已经从默默无闻跃升为一项价值数十亿美元的事业，其对国家安全、全球经济以及物理学和计算机科学基础的潜在影响也得到认可。2019年，美国《国家量子计划法》签署成为法律，未来10年美国打算在量子技术上投资超过12亿美元。这个领域也吸引了相当多的炒作。有人公布了不切实际的时间表，也有人吹嘘量子计算机将彻底让经典计算机过时。

技术路线与谷歌不同

报告认为，中国科大团队展示量子计算潜力的最新行动至关重要，因为其方法与谷歌截然不同。"西克莫& quot利用金属超导环形成量子比特，在第九章中，光子本身就是量子比特。陆朝阳说，这进一步独立证明了量子计算原理甚至可以实现& quot量子霸权& quot在完全不同的硬件上。"因此，我们相信，从长远来看，建造一个有用的量子模拟器和容错量子计算机最终是可行的。

为什么量子计算机潜力巨大？想起著名的双缝实验。在这个实验中，一个光子被射到一个有两个狭缝A和B的屏障上。光子不通过狭缝A或狭缝B.相反，双缝实验证明光子处于& quot叠加& quot状态，即穿越狭缝A和穿越狭缝b两种可能的组合。 理论上，量子计算机在利用叠加等量子特性解决一些特定问题时，相比经典计算机可以实现指数级提速。

去年，中科大团队论证了14光子玻色采样3354笔记本电脑很难完成这个任务，但超级计算机可以轻松完成。为了扩大规模，最终实现量子霸权，他们采用了一种略有不同的程序，即& quot高斯玻色采样& quot。

德国帕德博恩大学量子光学专家、高斯玻色采样的开发者之一克里斯蒂娜西尔伯霍恩(Christina Silberhorn)表示，这项技术是为了避免阿隆森和阿尔希波夫的香草玻色采样中使用的不可靠的单光子。

工作的复杂性令人望而生畏

报道称，西尔伯霍恩承认，即便如此，中科大的安装复杂性仍然令人望而生畏。第九章的操作从一束激光束开始，分成几束照射25块磷酸氧钛钾制成的晶体。每个晶体被击中后，都会可靠地向两个相反的方向吐出光子。然后，这些光子被发送到100个输入终端，在那里它们迅速通过由300个棱镜和75个镜子组成的路径。最后，这些光子降落在100个狭缝中，并在那里被检测到。实验平均运行时间超过200秒，中科大团队每次运行平均探测到约43个光子。但是在一次操作中，他们观察到了76个光子，——，这足以证明他们的量子霸权的说法。

据报道，很难估计一台超级计算机解决76个测量光子的分布问题需要多长时间。其中一大原因是25亿年内运行一台超级计算机进行直接验证是不可行的。相反，当涉及少量光子时，研究人员根据经典计算技术的计算时间进行了计算。研究人员声称，在最成功的情况下，超级计算机需要两天才能解决50个光子的分布问题。

的名称& quot九章& quot出自《九章算术》这本书，这是一本影响力堪比欧几里得的中国古代教科书& # 039；s 《几何原本》。