記者7日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、陸朝陽(yáng)、劉乃樂(lè)等組成的研究團(tuán)隊(duì)近日基于“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)，進(jìn)行兩類圖論問(wèn)題的求解，實(shí)驗(yàn)速率相比全球最快超級(jí)計(jì)算機(jī)快約1.8億倍。

相關(guān)論文近日以“編輯推薦”的形式發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)上。該研究成果系首次在具有量子計(jì)算優(yōu)越性的光量子計(jì)算原型機(jī)上開(kāi)展的面向具有應(yīng)用價(jià)值問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)研究。

該研究基于“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)完成了對(duì)“稠密子圖”和“Max-Haf”兩類圖論問(wèn)題的求解，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論研究了“九章”處理這兩類圖論問(wèn)題為搜索算法帶來(lái)的加速。據(jù)悉，這兩類圖論問(wèn)題在數(shù)據(jù)挖掘、生物信息、網(wǎng)絡(luò)分析等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。

量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)是當(dāng)前科技前沿的重大挑戰(zhàn)之一。國(guó)際學(xué)術(shù)界對(duì)量子計(jì)算的實(shí)驗(yàn)發(fā)展制定了三步走的路線圖，其中第一步是實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”。“量子計(jì)算優(yōu)越性”是指通過(guò)高精度的操縱近百個(gè)物理比特，高效求解超級(jí)計(jì)算機(jī)無(wú)法在合理時(shí)間內(nèi)解決的特定高復(fù)雜度數(shù)學(xué)問(wèn)題。

2019年底，美國(guó)谷歌公司利用超導(dǎo)量子比特宣布實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”，但隨之經(jīng)典模擬算法實(shí)現(xiàn)反超，谷歌的這一宣稱受到挑戰(zhàn)。2020年，中國(guó)科大潘建偉團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了76個(gè)光子100個(gè)模式的高斯玻色取樣量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，首次達(dá)到基于光子的“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑。2021年，潘建偉團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步成功研制了“祖沖之二號(hào)”和“九章二號(hào)”，使得中國(guó)成為唯一在兩種技術(shù)路線都達(dá)到了“量子計(jì)算優(yōu)越性”的國(guó)家。

只有在實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”的基礎(chǔ)上，量子計(jì)算應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)研究才有望帶來(lái)量子加速。因此，國(guó)際學(xué)術(shù)界下一階段的一個(gè)重要科研目標(biāo)就是探索利用量子計(jì)算原型機(jī)演示具有實(shí)用價(jià)值問(wèn)題的求解。

近期，潘建偉團(tuán)隊(duì)在繼續(xù)發(fā)展更高質(zhì)量和更強(qiáng)拓展性的光量子計(jì)算原型機(jī)的同時(shí)，開(kāi)展了將“九章”所執(zhí)行的高斯玻色采樣任務(wù)應(yīng)用于圖論問(wèn)題的研究探索。

工作中，研究人員首次利用“九章”執(zhí)行的高斯玻色采樣來(lái)加速隨機(jī)搜索算法和模擬退火算法對(duì)圖論問(wèn)題的求解。研究人員在實(shí)驗(yàn)中使用了超過(guò)20萬(wàn)個(gè)80光子符合計(jì)數(shù)樣本，相比全球最快超級(jí)計(jì)算機(jī)使用當(dāng)前最優(yōu)經(jīng)典算法精確模擬該實(shí)驗(yàn)的速率快約1.8億倍。(完)