实验装置示意图。中国科大供图

中国科学技术大学（以下简称中国科大）中国科学院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、陆朝阳、刘乃乐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，成功构建255个光子的量子计算原型机“九章三号”，再度刷新光量子信息的技术水平和量子计算优越性的世界纪录。10月11日，相关研究成果发表于《物理评论快报》。

此次研究工作中，科研人员设计了时空解复用的光子探测新方法，构建了高保真度的准光子数可分辨探测器，提升了光子操纵水平和量子计算复杂度。根据公开发表的最优经典精确采样算法，“九章三号”处理高斯玻色取样的速度比上一代“九章二号”提升了100万倍。相比“九章三号”处理最高复杂度的样本只需百万分之一秒，当前最强的超级计算机“前沿”则需要花费超过200亿年时间。这一成果进一步巩固了我国在光量子计算领域的国际领先地位。

量子计算是后摩尔时代一种新的计算范式，它在原理上具有超快的并行计算能力，可望通过特定量子算法在一些具有重大社会和经济价值的问题上相比经典计算机实现指数级别的加速。因而，研制量子计算机是当前世界科技前沿的最大挑战之一。

为此，国际学术界制定了三步走的发展路线。其中，第一步是实现“量子计算优越性”，即通过对近百个量子比特的高精度量子调控，对特定问题的求解展现超级计算机无法比拟的算力。“量子计算优越性”实验还可用于检验计算科学“扩展的丘奇-图灵论题”。同时，在此过程中，发展出可扩展的量子调控技术，为研制具备容错能力的通用量子计算机提供技术支撑。

2020年，中国科大团队成功构建76光子的“九章”光量子计算原型机，首次在国际上实现光学体系的“量子计算优越性”，并克服谷歌实验中量子优越性依赖于样本数量的漏洞。2021年，中国科大团队进一步成功研制113光子的可相位编程的“九章二号”和56比特的“祖冲之二号”量子计算原型机，使我国成为唯一在光学和超导两条技术路线上都达到了“量子计算优越性”的国家。

“量子计算优越性”研究是一项复杂而富有挑战性的工作，量子计算硬件与经典算法之间存在着长期竞争。研究人员期待这项工作一方面能够促进更多关于经典算法模拟的研究工作的开展，另一方面有助于逐步破解量子计算研究中各种科学和工程的挑战难题。

相关论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.150601

（原载于《中国科学报》 2023-10-12 第1版 要闻）