图为“九章三号”实验装置示意图。（图/中国科学技术大学网站）
中国科研团队11日宣布，成功构建量子计算原型机“九章三号”，再度刷新光量子信息技术世界纪录。“九章三号”求解高斯玻色取样数学问题的速度比目前全球最快的超级计算机快一亿亿倍。这是继2020年实现“量子优越性”后，中国科研团队再次确立量子算力的新里程碑。
根据中国科学技术大学11日公布的消息，255个光子的“九章三号”量子计算原型机由该校潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中国科学院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作构建。11日，国际知名学术期刊《物理评论快报》也发表了这一科研成果。
量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式，1981年，诺贝尔奖获得者理查德·费曼首先提出了量子计算机构想。“九章”则得名于中国古代数学专著《九章算术》，这部书总结了战国、秦、汉时期的数学成就。
国际学术界通常对量子计算的实验发展制定“三步走”的路线图，其中第一步就是实现“量子优越性”，即通过高精度地操纵近百个物理比特，高效求解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。
“‘量子优越性’像个门槛，是指当新生的量子计算原型机，在某个问题上的计算能力超过了最强的传统计算机，就证明其未来有多方超越的可能。”中国科大教授陆朝阳说，多年来国际学界高度关注、期待这个里程碑式转折点到来。
极大提升计算复杂度
此次最新发布的“九章三号”首次实现了对255个光子的操纵能力，极大提升了计算的复杂度。根据业界公开的最优算法，“九章三号”处理高斯玻色取样的速度比“九章二号”提升100万倍，“九章三号”1微秒可算出的最复杂样本，当前全球最快的超级计算机“前沿”约需200亿年。
高斯玻色取样是一个计算概率分布的算法，可用于编码和求解多种问题，需要极大的运算量。
“‘九章三号’较‘九章二号’最大的升级就在于‘时空解复用的光纤环’上，过去的‘九章二号’无法解析光子具体数量，光纤环的应用能够大幅度提高光子的操纵水平。”陆朝阳说，与此同时，受激量子光源也是目前世界上损耗率最低、模式数最多的，提高了光子数和品质，提升了计算的复杂度。
“量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，可望通过特定算法在密码破译、大数据优化、天气预报、材料设计、药物分析等领域，提供比传统计算机更强的算力支持。”潘建伟说。
