光量子コンピューティングのプロトタイプ「Jiuzhang-3」の開発に成功し、再び世界記録を樹立した

研究者らは、時空逆多重化のための新しい光子検出方法を設計し、高忠実度の準光子数分解可能な検出器を構築して、光子操作と量子コンピューティングの複雑さのレベルを向上させました。公表されている最適でクラシックな正確なサンプリング アルゴリズムによると、「Jiuzhang-3」のガウス ボーズ サンプリング処理速度は、前世代の「Jiuzhang-2」よりも 100 万倍高速です。 「ナイン 第 3 章」が 100 万分の 1 秒で処理する最も複雑なサンプルは、現在最も強力なスーパーコンピューター「フロンティア」では 200 億年以上かかります。この成果により、光量子コンピューティングの分野における我が国の国際的な主導的地位がさらに強固になります。

△実験装置の概略図

量子コンピューティングは、ムーア後の時代の新しいコンピューティング パラダイムです。原理的には超高速の並列コンピューティング機能を備えています。特定の量子アルゴリズムを使用して、社会的および経済的に大きな価値のあるいくつかの問題において、古典的なコンピューターと比較して指数関数的な加速を達成すると期待されています。したがって、量子コンピューターの開発は、現在の世界の科学技術の最前線における最大の課題の 1 つです。

この目的を達成するために、国際学術コミュニティは 3 段階の発展ルートを策定しました。その中で、最初のステップは「量子コンピューティングの優位性」、つまり100量子ビット近い高精度の量子制御により、特定の問題を解決することでスーパーコンピューターに匹敵しない計算能力を発揮することです。同時に、その過程で、フォールトトレラント機能を備えたユニバーサル量子コンピューターの開発のための技術基盤を提供するために、スケーラブルな量子制御テクノロジーが開発されました。

2020年、中国科学技術大学のチームは76光子「九章」光量子コンピューティングのプロトタイプの構築に成功し、国際的に初めて光学システムの「量子コンピューティングの優位性」を達成し、量子の優位性がサンプル数に依存するというGoogleの実験の抜け穴を克服した。 2021年、中国科学技術大学のチームはさらに、113光子位相プログラム可能な「Jiuzhang-2」および56ビット「Zuchong-2」量子コンピューティングプロトタイプの開発に成功し、我が国は光と超電導技術の両方のルートで「量子コンピューティングの優位性」を達成した唯一の国となった。

△光量子コンピューティングの国際競争状況

一連のイノベーションを通じて、中国科学技術大学のチームは初めて255個の光子を操作する能力を達成し、光量子コンピューティングの複雑性を大幅に改善し、「Jiuzhang-2」よりも100万倍速くガウスボーズサンプリングを処理した。研究チームは、光量子コンピューティングプロトタイプの「Nine Chapters」シリーズの構築に基づいて、ガウスボーズサンプリングとグラフ理論の間の数学的関係も明らかにし、古典的コンピューターの精密なシミュレーションよりも1億8000万倍高速な密サブグラフなど、実用的な価値を持つ2種類のグラフ理論の問題の解決を完了した。さらに、無条件の多光子量子精密測定の利点を世界で初めて実証しました。