光子處理器“點亮”量子計算 三十六微秒可完成超算需耗時九千年任務

光子處理器“點亮”量子計算。圖片來源：《自然》線上版

　　英國《自然》雜誌1日報告的一台量子光子處理器，僅需36微秒即可完成超級電腦需耗時超過9000年才能完成的一項任務。該系統相對過去展示的光子設備有所改進，可能代表了向創造量子電腦邁進的關鍵一步。

　　量子設備的一個關鍵目標是超越經典系統，建立“量子優越性”，但到目前為止只有少數實驗報告了這一成果。展示量子系統對經典電腦優越性的方法之一，是比較二者從描述光子通過網路傳播特點的未知概率分佈中取樣的速度，稱為高斯玻色取樣。人們可以計算出經典電腦執行該任務所需時間。光子數量有一個閾值，在此之上，經典電腦無法在合理時間內完成計算。

　　過去報告的實現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路中傳播。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越性光子實驗。相對於其他光子實驗的性能改進，可歸功於簡化了檢測光子實驗、引入可編程性和降低對“欺騙”(指量子結果可以被經典演算法重復)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備可能的形態。

　　在同時發表的新聞與觀點文章中，巴西弗魯米嫩塞聯邦大學研究人員丹尼爾·布羅德寫道，拉沃伊和同事的這項工作解決了技術難題，或許能使他們“在通向可行量子電腦的長期競賽中領先”。

　　總編輯圈點

　　當在一個定義明確的任務上運作演算法時，量子電腦的性能明顯要優於當今最好的經典電腦，不過，能在所有量子門上提供可編程的光子機器，卻無法完全展現量子計算的優勢。現在科學家們報告了一種光子處理器，可在所有實現的門上提供動態可編程性。從“超過9000年”一躍而為“36微秒”，這種運作時間優勢，已經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電腦道路上的一個關鍵里程碑，也驗證了光子學的確可作為實現這一目標的關鍵技術。