光子處理器“點亮”量子計算

英國《自然》雜志于2022年6月1日報告的一臺量子光子處理器，僅需36μs即可完成超級計算機需耗時超過9 000年才能完成的一項任務(wù)。該系統(tǒng)相對過去展示的光子設(shè)備有所改進，可能代表了向創(chuàng)造量子計算機邁進的關(guān)鍵一步。

量子設(shè)備的一個關(guān)鍵目標是超越經(jīng)典系統(tǒng)，建立“量子優(yōu)越性”，但到目前為止只有少數(shù)實驗報告了這一成果。展示量子系統(tǒng)對經(jīng)典計算機優(yōu)越性的方法之一，是比較二者從描述光子通過網(wǎng)絡(luò)傳播特點的未知概率分布中取樣的速度，這被稱為高斯玻色取樣。人們可以計算出經(jīng)典計算機執(zhí)行該任務(wù)所需的時間。光子數(shù)量有一個閾值，在此之上，經(jīng)典計算機無法在合理時間內(nèi)完成計算。

實現(xiàn)高斯玻色取樣的實驗，在以往的報告中最多使用113個光子，在固定的鏡子和透鏡網(wǎng)絡(luò)中傳播。此次，加拿大“Xanadu”公司研究人員喬納森·拉沃伊及其同事報告的實驗，是在一個可編程光子單處理器上開展的，可檢測多達219個光子（平均125個）。他們提出，這是目前報告的最大的量子優(yōu)越性光子實驗。相對于其他光子實驗的性能改進，可歸功于簡化了檢測光子實驗、引入可編程性和降低對“欺騙” （指量子結(jié)果可以被經(jīng)典算法重復(fù)）的脆弱性。

這一實驗十分引人注目，因為相比此前的原理驗證實驗，可編程光子處理器更加接近量子商用設(shè)備可能的形態(tài)。

在同時發(fā)表的新聞與觀點文章中，巴西弗魯米嫩塞聯(lián)邦大學(xué)研究人員丹尼爾·布羅德寫道，拉沃伊和同事的這項工作解決了技術(shù)難題，或許能使他們“在通向可行量子計算機的長期競賽中領(lǐng)先”。