國(guó)際領(lǐng)先！“天河二號(hào)”算出量子霸權(quán)標(biāo)準(zhǔn)

張強(qiáng)

谷歌近日發(fā)表于《自然》雜志的論文宣布實(shí)現(xiàn)了量子霸權(quán)。筆者11月4日獲悉，在國(guó)際上率先開(kāi)啟稱(chēng)霸標(biāo)準(zhǔn)研究的、國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳俊杰帶領(lǐng)的QUANTA團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合信息工程大學(xué)等國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)，提出了量子計(jì)算模擬的新算法。該算法在“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)上的測(cè)試性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，谷歌的工作也引用了這項(xiàng)結(jié)果的預(yù)印版論文。當(dāng)?shù)貢r(shí)間11月4日，國(guó)際權(quán)威期刊《物理評(píng)論快報(bào)》正式在線(xiàn)發(fā)表了該成果。

量子霸權(quán)，代表量子計(jì)算裝置在特定測(cè)試案例上表現(xiàn)出超越所有經(jīng)典計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)是量子計(jì)算發(fā)展的重要里程碑。評(píng)測(cè)稱(chēng)霸標(biāo)準(zhǔn)，需要高效的、運(yùn)行于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算模擬器。在后量子霸權(quán)時(shí)代，這種模擬器還會(huì)成為加速量子計(jì)算科學(xué)研究的重要工具。

論文作者、博士研究生劉雍介紹，量子計(jì)算模擬的實(shí)際難度，并不完全依賴(lài)于量子比特的數(shù)目或量子門(mén)的數(shù)目，而是取決于運(yùn)算過(guò)程中量子態(tài)的復(fù)雜程度——量子糾纏度。該項(xiàng)研究提出了一種依賴(lài)于量子糾纏度的模擬算法，開(kāi)發(fā)了通用量子線(xiàn)路模擬器，并在“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)上完成了量子霸權(quán)測(cè)試案例——隨機(jī)量子線(xiàn)路采樣問(wèn)題的模擬，實(shí)際測(cè)試了49、64、81、100等不同數(shù)目量子比特在不同量子線(xiàn)路深度下的問(wèn)題實(shí)例，計(jì)算性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

劉雍指出，量子霸權(quán)的實(shí)現(xiàn)并非量子計(jì)算研究的終點(diǎn)，而是量子計(jì)算發(fā)展的起點(diǎn)。除了繼續(xù)提升量子計(jì)算物理系統(tǒng)的性能外，有噪聲系統(tǒng)中的量子算法、量子糾錯(cuò)等都將成為量子計(jì)算下一階段的研究重點(diǎn)。

據(jù)悉，該項(xiàng)研究獲得了中國(guó)長(zhǎng)城量子實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心、國(guó)家自然科學(xué)基金委等單位的支持。