光量子计算：态空间维数提高百亿倍

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等与中科院上海微系统与信息技术研究所尤立星以及德国和荷兰的科学家合作，在国际上首次实现了20光子输入60×60模式干涉线路的玻色取样量子计算，输出了复杂度相当于48个量子比特的希尔伯特态空间，其维数高达三百七十万亿。这个工作同时在光子数、模式数、计算复杂度和态空间这四个关键指标上都大幅超越之前的国际记录，其中，态空间维数比国际同行之前的光量子计算实验高百亿倍。论文以“编辑推荐”形式近日发表于《物理评论快报》。美国物理学会Physics网站以“玻色取样量子计算逼近里程碑”为题对该工作做了精选报道。

量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，在一些具有重大社会和经济价值的问题方面相比经典计算机实现指数级别的加速。当前，研制量子计算机已成为前沿科学的最大挑战之一，成为世界各国角逐的焦点。其中，量子计算研究的第一个阶段性目标是实现“量子计算优越性”（亦译为“量子霸权”），即研制出量子计算原型机在特定任务的求解方面超越经典的超级计算机。利用超导量子比特实现随机线路取样和利用光子实现玻色取样是目前国际学术界公认的演示量子计算优越性的两大途径。

面向这一战略目标，潘建伟、陆朝阳研究组长期致力于可扩展单光子源和玻色取样量子计算的研究。2013年，研究组在国际上首创量子点脉冲共振激发，解决了单光子源的确定性和高品质这两个基本问题。2016年，研究组研制了微腔精确耦合的单量子点器件，产生了国际最高效率的全同单光子源，并在此基础上，于2017年初步应用于构建超越早期经典计算能力的针对玻色取样问题的光量子计算原型机，其取样速率比国际上当时的实验提高24000多倍。