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近日，科學(xué)家利用一臺(tái)名為Borealis的光量子處理器，僅需36微秒即可完成超級(jí)計(jì)算機(jī)需耗時(shí)超過9000年才能完成的一項(xiàng)任務(wù)。相關(guān)成果6月1日發(fā)表在《自然》。

可編程光子單處理器，圖片來自《自然》

前述系統(tǒng)相對(duì)過去的光子設(shè)備有所改進(jìn)，可能代表了向?qū)嵱昧孔佑?jì)算機(jī)邁進(jìn)的關(guān)鍵一步。
量子計(jì)算設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是超越經(jīng)典計(jì)算系統(tǒng)，建立“量子優(yōu)越性”，但到目前為止只有少數(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告了相關(guān)成果。例如，2020年12月中國(guó)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。
而展示量子系統(tǒng)對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)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(diǎn)的未知概率分布中取樣的速度，稱為高斯玻色采樣。人們可以計(jì)算出經(jīng)典計(jì)算機(jī)執(zhí)行該任務(wù)所需時(shí)間。光子數(shù)量有一個(gè)閾值，在此之上，經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法在合理時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算。
以往報(bào)告實(shí)現(xiàn)高斯玻色采樣的實(shí)驗(yàn)，最多使用113個(gè)光子，在固定鏡子和透鏡網(wǎng)絡(luò)中傳播。此次，加拿大光量子計(jì)算企業(yè)Xanadu研究人員Jonathan Lavoie及其同事，通過在一個(gè)可編程光子單處理器上開展實(shí)驗(yàn)，可檢測(cè)多達(dá)219個(gè)光子（平均為125個(gè)）。
研究人員提出，這是目前報(bào)告的“最具量子優(yōu)越性”的光子實(shí)驗(yàn)。相對(duì)于其他光子實(shí)驗(yàn)，其性能改進(jìn)體現(xiàn)在：簡(jiǎn)化了檢測(cè)光子實(shí)驗(yàn)、引入可編程性和降低對(duì)“欺騙”（指量子結(jié)果可以被經(jīng)典算法重復(fù)）的脆弱性。
相比此前的原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，前述實(shí)驗(yàn)涉及的可編程光子處理器，更接近量子商用設(shè)備的可能形態(tài)。

圖片來自《自然》

在《自然》同時(shí)發(fā)表的新聞與觀點(diǎn)文章中，巴西弗魯米嫩塞聯(lián)邦大學(xué)研究人員Daniel Jost Brod表示，“該實(shí)驗(yàn)旨在展示量子計(jì)算系統(tǒng)比經(jīng)典計(jì)算機(jī)更具有優(yōu)勢(shì)。該創(chuàng)新方案提供了令人印象深刻的（量子系統(tǒng)）調(diào)控和規(guī)?；瘽摿?。”