《自然》：光子处理器“点亮”量子计算，实现量子优越性

互联网2022-06-02 22:10:16未知

近日，科学家利用一台名为Borealis的光量子处理器，仅需36微秒即可完成超级计算机需耗时超过9000年才能完成的一项任务。相关成果6月1日发表在《自然》。

可编程光子单处理器，图片来自《自然》

前述系统相对过去的光子设备有所改进，可能代表了向实用量子计算机迈进的关键一步。
量子计算设备的一个关键目标是超越经典计算系统，建立“量子优越性”，但到目前为止只有少数实验报告了相关成果。例如，2020年12月中国科学技术大学团队研制的“九章”光学量子计算机原型，在求解“高斯玻色采样”(GBS)问题时，实现了“量子优越性”。这项在200秒内完成的实验，如果用世界上最强大的超级计算机来模拟，需要6亿年才能完成。
而展示量子系统对经典计算机优越性的方法之一，是比较二者从描述光子通过网络传播特点的未知概率分布中取样的速度，称为高斯玻色采样。人们可以计算出经典计算机执行该任务所需时间。光子数量有一个阈值，在此之上，经典计算机无法在合理时间内完成计算。
以往报告实现高斯玻色采样的实验，最多使用113个光子，在固定镜子和透镜网络中传播。此次，加拿大光量子计算企业Xanadu研究人员Jonathan Lavoie及其同事，通过在一个可编程光子单处理器上开展实验，可检测多达219个光子（平均为125个）。
研究人员提出，这是目前报告的“最具量子优越性”的光子实验。相对于其他光子实验，其性能改进体现在：简化了检测光子实验、引入可编程性和降低对“欺骗”（指量子结果可以被经典算法重复）的脆弱性。
相比此前的原理验证实验，前述实验涉及的可编程光子处理器，更接近量子商用设备的可能形态。