新的基于光的量子计算机九丈已实现量子至上

中国的研究人员于12月3日在《科学》杂志上在线报道说，利用光或光子粒子的光子量子计算机所进行的计算是常规计算机无法做到的。谷歌的量子计算机在2019年才实现了这个里程碑，即量子至上主义（SN：10/23/19）。 Google的计算机基于超导材料，而不是光子。

得克萨斯大学奥斯汀分校的理论计算机科学家Scott Aaronson说：“这是对Google声称您确实可以实现量子至上的说法的首次独立确认。” “真令人兴奋。”

新的量子计算机以古老的中国数学文本命名为九章，可以在200秒内完成计算，而这在世界上最快的非量子或经典计算机上将花费超过五亿年的时间。

罗马萨皮恩扎大学的量子物理学家Fabio Sciarrino说：“我的第一印象是'哇'。

Google的名为Sycamore的设备基于超导材料制成的微小量子位，该量子位无阻地传导能量。相反，九章由复杂的光学设备阵列组成，这些光学设备将光子穿梭在周围。这些设备包括光源，数百个分束器，数十个镜子和100个光子探测器。

通过使用称为玻色子采样的过程，九章生成的数字分布对于经典计算机而言非常难以复制。工作原理如下：首先将光子发送到通道网络中。在那里，每个光子会遇到一系列分束器，每个分束器会同时沿两个路径将光子发送出去，这就是所谓的量子叠加。路径也合并在一起，重复的分裂和合并使光子根据量子规则相互干扰。

最后，最后测量每个网络输出通道中的光子数。当重复多次时，此过程将根据每个输出中发现的光子数量产生数字分布。

如果使用大量光子和许多通道进行操作，则量子计算机将产生数字分布，这对于传统计算机而言太复杂了。在新实验中，多达76个光子穿过100个通道的网络。对于世界上功能最强大的经典计算机之一，中国超级计算机Sunway TaihuLight而言，预测量子计算机将能获得约40个光子以外的任何东西的结果是难以捉摸的。

研究合著者，合肥中国科学技术大学量子物理学家卢朝阳说，虽然谷歌是第一个突破量子至上壁垒的人，但里程碑不是“一次性的成就”。 “这是不断改进的量子硬件与不断改进的经典模拟之间的持续竞争。”例如，在Google提出了量子至上的主张后，IBM提出了一种计算方法，这种计算方法至少可以在理论上使超级计算机执行Google计算机完成的任务。

实现量子霸权并不一定表明量子计算机还是非常有用的，因为这些计算是深奥的，旨在为经典计算机带来困难。

总部位于多伦多的Xanadu公司致力于建造光子量子计算机的量子物理学家克里斯蒂安·韦德布鲁克（Christian Weedbrook）说，这一结果确实提高了光子量子计算机的知名度，而光子量子计算机并不总是受到其他技术的关注。 “从历史上看，光子学一直是黑马。”

Weedbrook指出，九章的一个局限性在于它只能执行一种任务，即玻色子采样。相比之下，可以对Google的量子计算机进行编程，以执行各种算法。但是其他类型的光子量子计算机，包括Xanadu的，也是可编程的。

Sciarrino说，用不同类型的设备展示量子至上性可以揭示量子计算的发展速度。 “事实是，现在两个不同的平台都能够实现这一制度……表明整个领域正在以非常成熟的方式发展。”

高中Zhong等。使用光子的量子计算优势。科学。在线发布于2020年12月3日。doi：10.1126 / science.abe8770。