光子處理器“點(diǎn)亮”量子計(jì)算。圖片來源：《自然》在線版
英國(guó)《自然》雜志1日?qǐng)?bào)告的一臺(tái)量子光子處理器，僅需36微秒即可完成超級(jí)計(jì)算機(jī)需耗時(shí)超過9000年才能完成的一項(xiàng)任務(wù)。該系統(tǒng)相對(duì)過去展示的光子設(shè)備有所改進(jìn)，可能代表了向創(chuàng)造量子計(jì)算機(jī)邁進(jìn)的關(guān)鍵一步。
量子設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是超越經(jīng)典系統(tǒng)，建立“量子優(yōu)越性”，但到目前為止只有少數(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告了這一成果。展示量子系統(tǒng)對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)優(yōu)越性的方法之一，是比較二者從描述光子通過網(wǎng)絡(luò)傳播特點(diǎn)的未知概率分布中取樣的速度，稱為高斯玻色取樣。人們可以計(jì)算出經(jīng)典計(jì)算機(jī)執(zhí)行該任務(wù)所需時(shí)間。光子數(shù)量有一個(gè)閾值，在此之上，經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法在合理時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算。
過去報(bào)告的實(shí)現(xiàn)高斯玻色取樣的實(shí)驗(yàn)，最多使用113個(gè)光子，在固定鏡子和透鏡網(wǎng)絡(luò)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(bào)告的實(shí)驗(yàn)，在一個(gè)可編程光子單處理器上開展，可檢測(cè)多達(dá)219個(gè)光子（平均125個(gè)）。他們提出，這是目前報(bào)告的最大的量子優(yōu)越性光子實(shí)驗(yàn)。相對(duì)于其他光子實(shí)驗(yàn)的性能改進(jìn)，可歸功于簡(jiǎn)化了檢測(cè)光子實(shí)驗(yàn)、引入可編程性和降低對(duì)“欺騙”（指量子結(jié)果可以被經(jīng)典算法重復(fù)）的脆弱性。
這一實(shí)驗(yàn)十分引人注目，因?yàn)橄啾却饲暗脑眚?yàn)證實(shí)驗(yàn)，可編程光子處理器更接近量子商用設(shè)備可能的形態(tài)。
在同時(shí)發(fā)表的新聞與觀點(diǎn)文章中，巴西弗魯米嫩塞聯(lián)邦大學(xué)研究人員丹尼爾·布羅德寫道，拉沃伊和同事的這項(xiàng)工作解決了技術(shù)難題，或許能使他們“在通向可行量子計(jì)算機(jī)的長(zhǎng)期競(jìng)賽中領(lǐng)先”。
總編輯圈點(diǎn)
當(dāng)在一個(gè)定義明確的任務(wù)上運(yùn)行算法時(shí)，量子計(jì)算機(jī)的性能明顯要優(yōu)于當(dāng)今最好的經(jīng)典計(jì)算機(jī)，不過，能在所有量子門上提供可編程的光子機(jī)器，卻無法完全展現(xiàn)量子計(jì)算的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)在科學(xué)家們報(bào)告了一種光子處理器，可在所有實(shí)現(xiàn)的門上提供動(dòng)態(tài)可編程性。從“超過9000年”一躍而為“36微秒”，這種運(yùn)行時(shí)間優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)是早期光子機(jī)器所報(bào)告極限值的5000萬倍以上！這無疑是通往實(shí)用量子計(jì)算機(jī)道路上的一個(gè)關(guān)鍵里程碑，也驗(yàn)證了光子學(xué)的確可作為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)。
