来源：新晚报
引言#
来自中国科学技术大学的记者获悉，近日，该校的科研团队在超导量子和光学量子计算系统方面取得了重要进展，使我国成为世界上唯一一个在两个物理系统中实现量子计算优势的里程碑。
01
中国科学技术大学成功实现超导系统的"量子计算优势"
由中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究所潘建伟、朱晓波、彭成志组成的研究团队，与中国科学院上海技术物理研究所合作，构建了66位可编程超导量子计算原型"祖冲II"，实现了"量子"任务的快速解。 随机线采样"。
根据现有理论，祖冲二号处理的量子随机线采样问题比目前最快的超级计算机快七个数量级，计算复杂度比谷歌公开报道的53位超导量子计算原型高出六个数量级，悬浮铃木"悬浮铃木"处理"量子随机线采样"问题比经典的超级计算高出2个数量级， 这一成就是我国光量子计算原型"章9"之后，超导量子比特系统首次达到"量子计算优势"的里程碑，使得我国成为唯一一个在两个物理系统中同时达到这一里程碑的国家。这些论文发表在《物理评论快报》和《科学公报》上。
祖冲量子处理器图2号
量子计算机解决特定问题超越了超级计算机，即量子计算的优越性，是量子计算发展的第一个里程碑，需要对50个以上的量子位进行相干操作。超导量子比特是国际公认的能够实现可扩展量子计算的物理系统之一。潘建伟、朱晓波、彭成志等长期瞄准超导量子计算领域，于2021年5月打造了当时世界上量子比特数量最多的62位超导量子计算原型"祖冲"，并实现了可编程二维量子行走（Science 372，948（2021））。
在"祖冲1号"的基础上，团队采用了全新的逆焊3D封装工艺，解决了大规模位集成的问题，成功研发出"祖冲II"，实现了66个数据位、110个耦合位、11个读取高密度集成，最大状态空间维度达到1019个。"Zu Chong II"采用可调耦合架构，实现了位间快速、精确、可调的耦合强度，显著提高了并行量子门操作的保真度。通过量子编程，研究人员能够对量子随机线进行采样，展示了"Zu Chong II"可用于执行任何量子算法的编程能力。根据现已开启的优化经典算法，"Zu Chong II"处理量子随机线采样问题的速度比目前最快的超级计算机快七个数量级，计算复杂度比谷歌的"悬挂铃木"高出六个数量级。
量子计算优越性的成功展示，标志着量子计算研究发展的第二阶段，量子纠错的开始和对近期应用的探索。采用二维网格位排列芯片架构，"祖冲II"直接兼容表面码量子纠错算法，为量子纠错奠定基础，进一步实现通用量子计算。同时，"祖冲二号"的并行高保真测量分门控制能力和完全可编程的能力有望在量子机器学习、量子化学、量子近似优化等特定领域找到实际应用。
中国科学院院士潘建伟：下一步是，我们希望通过4到5年的努力实现量子纠错，在利用量子纠错的基础上，我们可以探索利用一些专用的量子计算机或量子模拟器来解决一些具有很大应用价值的科学问题。（根据闭路电视视频）
02
中国科学技术大学成功研制出113个光子的"九章二"量子计算原型
由中国科学技术大学的潘建伟、陆朝阳、刘奈乐组成的研究团队，与中国科学院上海微系统研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，开发了量子光源刺激放大的理论和实验方法， 构建了113个光子144个模型的量子计算原型"第2章"，实现了相位可编程功能，并完成了用于演示量子计算优越性的高斯玻色子采样任务的快速求解。根据现有的理论，"第92章"处理高斯的bose采样速度比最快的超级计算机快1，024倍。这一结果再次刷新了光学量子操纵的国际水平，进一步为量子计算加速提供了实验证据。
该论文于2021年10月26日以"编辑推荐"的形式发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上。加拿大卡尔加里大学著名量子物理学家、教授巴里·桑德斯（Barry Sanders）也受邀在物理学网站上撰写了一篇长篇评论，称赞这项工作是"令人兴奋的实验杰作"和"令人印象深刻的进步"。
九章 第二章 整体装置图（图纸：卢朝阳、彭丽涛）
原则上，量子计算机可以通过特定的算法在某些具有巨大社会和经济价值的问题中获得比经典计算机更多的计算能力。早在1981年，费曼就提出了量子计算的最初想法。大规模量子计算机的物理实现是世界科学技术前沿的重大挑战之一。对于通用量子计算的容错发展来说，由于其苛刻的容错阈值和大规模量子比特的数量，与目前人类科技发展水平相比还差距不小。
因此，要实现量子计算的物理实现，国际学术界要走三步走的路线图。其中，第一个里程碑，在学术上被称为"量子计算优势"，意味着通过高精度操纵近百个物理位，有效地解决超级计算机无法在合理时间内解决的特定高复杂度数学问题，通过实验证实了费曼40年前提出的加速量子计算的想法，并驳斥了"扩展的Church-Turing论点"。
九章 第二章 144模态干涉仪（局部）实验照片（摄影：马维涵、杨建瑞、李峰、邓玉轩）
基于玻色子的采样和基于超导位的随机线采样是证明量子计算优越性的两个重要方案。潘建伟的团队一直是光学量子信息处理领域的国际领导者。2017年，该团队构建了世界上第一个超越早期经典计算机的光量子计算原型。2019年，团队进一步研发出国际上性能最高的确定性偏振、高纯度、高全均匀性、高效率的单光子源，实现了20个光子输入60模干涉线的玻色子采样，输出希尔伯特状态空间维数达到1014，接近"量子计算优势"。
2020年，潘建伟的团队成功构建了76个光子的100个模型的高斯玻色子采样量子计算原型"第9章"，输出量子态空间尺度达到1030，处理高斯玻色子采样速度比超级计算机快一百万倍，同时克服了谷歌基于"挂铃木"超导处理器随机线采样实验量子优势的漏洞。在"第9章"实验之后，提出bose采样算法并在理论上证明计算复杂性的Scott Aaronson教授被国际计算机协会授予ACM计算奖。
2021年，团队在"第9章"的基础上进行了一系列概念和技术创新。受激光激发辐射光放大概念的启发，研究人员设计并实现了受激双模量子的压缩光源，显著提高了量子光源的良率、质量和采集效率。其次，通过3D集成和光学采集路径的紧凑设计，多光子量子干涉线增加到144维。结果，第92章中检测到的光子数量增加到113个，输出空间维度也达到了1043个。此外，通过动态调整压缩光的相位，研究人员实现了高斯玻色子采样矩阵的重新配置，证明了"第9章第2号"可用于解决不同参数的数学问题的编程能力。根据现已发表的优化经典算法，第92章处理了高斯玻色子采样比最快的超级计算机快数亿倍的问题。
研究人员希望这项工作将继续激发更多经典的算法模拟，他们预计未来几年还有改进的空间。量子优势实验不是一次性的工作，而是更快的经典算法和不断增长的量子计算硬件之间的竞争，但最终量子并行性产生的计算能力超出了经典计算机的能力。
新晚报 安徽网大藏记者 陈牧
比最快的超级计算机快数十亿倍！
这真的是未知数！
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