光子處理器“點亮”量子計算

  ICC訊 英國《自然》雜志1日報告的一臺量子光子處理器，僅需36微秒即可完成超級計算機需耗時超過9000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，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。

  過去報告的實現(xiàn)高斯玻色取樣的實驗，最多使用113個光子，在固定鏡子和透鏡網(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，在一個可編程光子單處理器上開展，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”。

  總編輯圈點

  當在一個定義明確的任務(wù)上運行算法時，量子計算機的性能明顯要優(yōu)于當今最好的經(jīng)典計算機，不過，能在所有量子門上提供可編程的光子機器，卻無法完全展現(xiàn)量子計算的優(yōu)勢。現(xiàn)在科學(xué)家們報告了一種光子處理器，可在所有實現(xiàn)的門上提供動態(tài)可編程性。從“超過9000年”一躍而為“36微秒”，這種運行時間優(yōu)勢，已經(jīng)是早期光子機器所報告極限值的5000萬倍以上！這無疑是通往實用量子計算機道路上的一個關(guān)鍵里程碑，也驗證了光子學(xué)的確可作為實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵技術(shù)。