新型光基量子電腦九丈實現量子霸權

一種新型量子電腦已經證明它也可以佔據主導地位。

光子量子計算機，利用光粒子或光子，執行了傳統計算機無法完成的計算，中國研究人員 12 月 3 日線上報道科學。 這個被稱為量子霸權的里程碑之前只在 2019 年實現過一次谷歌的量子計算機（SN: 10/23/19）。 然而，谷歌的計算機是基於超導材料，而不是光子。

德克薩斯大學奧斯汀分校的理論計算機科學家斯科特·阿倫森 (Scott Aaronson) 表示：“這是對谷歌聲稱確實可以實現量子霸權的首次獨立證實。” “真令人興奮。”

這台新型量子電腦以中國古代數學文本命名為“九章”，可以在 200 秒內完成計算，而這在世界上最快的非量子或經典計算機上需要 5 億年以上的時間。

「我的第一印像是，『哇』，」羅馬第一大學的量子物理學家 Fabio Sciarrino 說。

谷歌的設備名為 Sycamore，基於由超導材料製成的微小量子位元，可以無電阻地傳導能量。 相比之下，九丈由一系列複雜的光學裝置組成，這些光學裝置在周圍傳輸光子。 這些設備包括光源、數百個分束器、數十個鏡子和 100 個光子偵測器。

九章採用一種稱為玻色子取樣的過程，產生傳統電腦極難複製的數位分佈。 它的工作原理如下：光子首先被發送到通道網路。 在那裡，每個光子都會遇到一系列分束器，每個分束器將光子同時沿著兩條路徑發送，這就是所謂的量子疊加。 路徑也會合併在一起，重複的分裂和合併會導致光子根據量子規則相互幹擾。

最後，最後測量網路每個輸出通道中的光子數量。 當重複多次時，這個過程會根據每個輸出中發現的光子數量產生數字分佈。

如果使用大量光子和許多通道進行操作，量子電腦將產生對於經典電腦來說過於複雜而無法計算的數位分佈。 在新實驗中，多達 76 個光子穿過 100 個通道的網路。 對於世界上最強大的經典電腦之一——中國超級電腦「神威·太湖之光」來說，預測量子電腦對超過 40 個光子以上的任何東西所得到的結果是很棘手的。

研究合著者、合肥中國科學技術大學量子物理學家陸朝陽表示，雖然Google是第一個突破量子霸權障礙的公司，但這一里程碑「並非一蹴而就」。 “這是不斷改進的量子硬體和不斷改進的經典模擬之間的持續競爭。” 例如，在谷歌提出量子霸權之後，IBM 提出了一種計算方法，可以讓超級電腦執行谷歌電腦完成的任務，至少在理論上是如此。

實現量子霸權並不一定意味著量子電腦非常有用，因為這些計算是深奧的，對於經典電腦來說是困難的。

多倫多一家專注於建造光子量子電腦的公司Xanadu 的執行長、量子物理學家Christian Weedbrook 表示，這一結果確實提升了光子量子電腦的知名度，而光子量子電腦並不總是像其他技術那樣受到那麼多關注。 “從歷史上看，光子學一直是黑馬。”

Weedbrook 指出，Jiuzhang 的一個限制是它只能執行一種類型的任務，即玻色子採樣。 相比之下，Google的量子電腦可以透過程式設計來執行各種演算法。 但其他類型的光子量子計算機，包括“Xanadu”的量子計算機，都是可編程的。

西亞裡諾說，用不同類型的設備展示量子霸權揭示了量子計算的進展有多快。 “事實上，現在兩個不同的平台都能夠實現這一制度……表明整個領域正在以非常成熟的方式前進。”