近日，英國布里斯托大學(xué)量子研究團(tuán)隊(duì)聲稱，已經(jīng)大大縮短模擬光量子計(jì)算機(jī)的時(shí)間，比以往方法加速約10億倍。相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)。

圖片來自《科學(xué)進(jìn)展》

量子計(jì)算機(jī)有望在一些問題上實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)加速，從藥物發(fā)現(xiàn)到電池新材料等領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用。而目前“量子霸權(quán)”備受關(guān)注，即量子計(jì)算機(jī)執(zhí)行任務(wù)的能力甚至超越世界上最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

2020年12月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)研制的“九章”光學(xué)量子計(jì)算機(jī)原型，在求解“高斯玻色采樣”(GBS)問題時(shí)，實(shí)現(xiàn)了“量子優(yōu)越性”。這項(xiàng)在200秒內(nèi)完成的實(shí)驗(yàn)，如果用世界上最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)來模擬，需要6億年才能完成。

高斯玻色采樣(GBS)是一種在高度糾纏的高斯態(tài)下測(cè)量光子的先進(jìn)方法。

此次，布里斯托大學(xué)量子工程技術(shù)(QET)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)，與倫敦帝國理工學(xué)院和惠普企業(yè)研究人員合作，提出了更快的經(jīng)典GBS模擬方法，將模擬時(shí)間縮短到只有幾個(gè)月，加速因子約為10億。團(tuán)隊(duì)在約10萬核的超級(jí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，以模擬多達(dá)100種模式和多達(dá)92個(gè)光子的GBS實(shí)驗(yàn)，并引入一種有效的經(jīng)典抽樣分布，并通過了多種GBS驗(yàn)證方法。

算法和閾值檢測(cè)器采樣方法示意圖，圖片來自論文

與此同時(shí)，其他聲稱具有“量子霸權(quán)”的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，如谷歌的量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)，也正在改進(jìn)這類實(shí)驗(yàn)經(jīng)典算法的模擬。

牛津量子電路高級(jí)量子工程師兼論文共同第一作者Bryn Bell說：“隨著研究人員開展更大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)，他們更渴求相對(duì)于經(jīng)典模擬的‘量子優(yōu)越性’。我們的結(jié)果將為確定未來GBS實(shí)驗(yàn)的計(jì)算能力，提供一個(gè)重要的比較點(diǎn)。”

QET實(shí)驗(yàn)室博士生兼共同第一作者Jake Bulmer認(rèn)為，這些“量子優(yōu)越性”實(shí)驗(yàn)代表了物理學(xué)和工程學(xué)的巨大成就。該實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合主任Anthony Laing表示，隨著人類開發(fā)更復(fù)雜的量子計(jì)算技術(shù)，這類工作將幫助人們理解未來必須克服的障礙，特別是在解決清潔能源和醫(yī)療保健問題上，“此次研究與惠普企業(yè)研究人員合作就是一個(gè)很好的例子?！?/p>