中国科学技术大学的研究团队近日成功构建了一台名为”九章三号”的量子计算原型机，该机器采用了255个光子，再次刷新了光子量子计算的世界纪录。据悉，这一成果是与中国科学院上海微系统所以及国家并行计算机工程技术研究中心合作实现的。
为达到这一突破，科研人员设计了一种创新的光子探测方法，并构建了准光子数可分辨探测器，使光子的操纵水平和量子计算复杂度得以提升。据公开发表的数据显示，相较于前一代”九章二号”，”九章三号”在处理高斯玻色取样的速度上提升了一百万倍。有数据显示，在百万分之一秒内处理的最高复杂度样本，相当于当前最强超级计算机”前沿”（Frontier）要花费超过二百亿年的时间来完成。这一成就进一步巩固了中国在光子量子计算领域的国际领先地位。
量子计算作为一种新的计算范式，具备超快的并行计算能力，有望通过特定的量子算法在某些重要的社会和经济问题上实现指数级别的加速。因此，开发量子计算机是当今世界科技的最大挑战之一。国际学术界已经制定了一条发展路线，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调控，实现能超过超级计算机的算力。2019年，谷歌和加州大学发布了采用53个比特的”悬铃木”超导量子计算处理器，并声称用200秒解决的随机线路采样问题需要超级计算机一万年的时间。然而，中国科学家对此提出了挑战，并通过改进后的经典算法将计算时间从一万年缩短到数十秒，远快于”悬铃木”量子处理器。
此前，中国科学技术大学团队已成功构建了76光子的”九章”光量子计算原型机，首次在国际上实现了光学体系的量子计算优越性，并克服了谷歌实验中量子优越性依赖于样本数量的问题。2021年，该团队进一步研制了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，使中国成为唯一在光学和超导两个技术路线上都实现了量子计算优越性的国家。
目前，光子量子计算领域的国际竞争已经变得激烈。加拿大多伦多的Xanadu公司与美国国家标准与技术研究院合作，采用了与”九章”光量子计算原型机相同的高斯玻色取样路线，在2022年发布了216光子的”北极光”量子处理器，成为国际上第二个实现光学体系量子计算优越性的团队。
中国科学技术大学的团队通过一系列的理论和技术创新，首次实现了对255个光子的操纵能力，并极大地提升了光量子计算的复杂度。此外，他们还揭示了高斯玻色取样与图论之间的数学联系，并成功解决了稠密子图和Max-Haf等图论问题，相较于经典计算机精确模拟，速度提升了1.8亿倍。此外，该团队还在国际上展示了多光子量子精密测量的无条件优势。
通过这一新的突破，中国巩固了在光子量子计算领域的国际领先地位。未来，这项技术的发展将有望推动我国在科技创新和经济发展方面取得更大的成就。
