科技进展

中国科学家在光量子计算研究方面取得新进展

  

中国科学技术大学潘建伟教授及其同事陆朝阳等与中科院上海微系统所尤立星研究员小组合作,实验研究了一种量子计算算法“玻色采样”对光子损失的鲁棒性,证明可容忍一定数目的光子损失的波色取样可以带来采样率的有效提升。该研究成果为通过玻色采样实现量子霸权开辟了一条新的高效的途径,于66日以“编辑推荐文章”(Editors’ Suggestion)的形式在线发表在《物理评论快报》。美国物理学会网刊Physics邀请澳大利亚量子计算和量子通信技术国家研究中心Austin Lund博士以“光子损耗不会使得量子采样脱轨”为题,在“观点”(Viewpoint)专栏对这一研究成果做了评述。

在量子计算领域,在实验上演示量子机器在特定问题上优于经典计算机,被国际学术界称为“量子霸权”。2010年,麻省理工学院Aaronson在理论上提出玻色采样,并严格证明此模型是实现量子霸权的有效途径之一。但是玻色采样的一个严重问题是光子的损耗。潘建伟研究团队首次在国际上在实验上探索了可容忍光子损耗的玻色采样。该团队发展了国际上最高效率和品质的量子点单光子源,并自主研发了集成127个分束器的国际最高透过率的光量子线路。结合上海微系统所尤立星团队研制的高性能超导纳米线单光子探测器(SNSPD),实验证明:在损耗一定光子数的情况下,玻色采样仍然保持其原来的计算复杂度(#P-complete)。与此同时,这种新型的玻色采样可以指数级地提升采样速率。该研究成果表明我国继续在光学量子计算方面保持国际领先水平,并向超越经典计算能力的量子霸权目标又迈进了一步。

尤立星研究员团队隶属于中国科学院超导电子学卓越创新中心和信息功能材料国家重点实验室,长期开展SNSPD技术研究,研制的SNSPD器件性能达到国际领先水平,并成立了赋同科技有限公司进行产业化推广。高性能SNSPD器件与系统已广泛应用于我国量子信息等领域前沿科学实验,为我国量子信息领域保持国际领先提供了核心探测器支持。

论文链接:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.230502

Physics Viewpointhttps://physics.aps.org/articles/v11/57