新光子处理器，或可“点亮”量子计算

随着集成电路逐渐接近原子极限,量子计算被认为是后摩尔时代最具潜力的破局者。相比经典计算机,量子计算可提供指数级的算力提升,从而突破目前日益复杂的生物医药、材料设计和金融模型等领域的算力瓶颈。当前,研制量子计算机已成为世界科技前沿的最大挑战之一,也是各发达国家角逐的焦点。

目前量子计算主要包括超导量子、硅基半导体、光量子和拓扑等路线。其中,光量子路线的量子优势纪录由中国“九章”获得。76个光子100个模式的“九章”,处理高斯玻色取样的速度比最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。也就是说,超级计算机需要一亿年完成的任务,“九章”只需一分钟。

近日,美国国家标准与技术研究院与加拿大量子技术公司Xanadu合作,开发了一种光子处理器,且仅需36微秒即可完成超级计算机需耗时超过9000年才能完成的任务。该系统能在所有实现的门上提供动态可编程性,运行速度加快了5000万倍以上,可能再次代表了“量子计算优越性”。

量子优越性像个门槛,当新生的量子计算机在某个问题上的计算能力超过了最强的传统计算机,就证明其未来有更多超越的可能。高斯玻色取样是展示量子计算优越性的特定性任务之一,一直被科学家寄予厚望。

由于量子力学赋予了光子很多特殊性质,使得光子的不同路径之间不但可以相互叠加,也可以相互抵消。此时,玻色取样装置就有了用武之地,它能够在较高的精度上解决特定的数学问题,同时又应用了光子的量子力学特性。

在过去实现的高斯玻色取样实验中,最多使用113个光子在固定镜子和透镜网络中传播。但该研究简化了检测光子实验、引入可编程性和降低量子结果被经典算法重复的脆弱性,使得在一个可编程光子单处理器上,检测多达219个光子(平均125个)。这是目前报告的最大的量子优越性光子实验。

未来,该研究或成为通往量子计算机道路上的一个重要里程碑。