Recentemente, uma equipe de pesquisa composta por Pan Jianwei, Lu Chaoyang e Liu Naile do Instituto de Informação Quântica e Ciência Quântica e Inovação Tecnológica da Academia Chinesa de Ciências da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, em cooperação com o Instituto de Microssistemas e Tecnologia da Informação de Xangai da Academia Chinesa de Ciências e o Centro Nacional de Pesquisa em Engenharia de Computação Paralela, construiu com sucesso um protótipo de computação quântica de 255 fótons "Jiuzhang-3", mais uma vez estabelecendo um novo recorde mundial para o nível técnico da informação quântica óptica e a superioridade da computação quântica.
Os pesquisadores projetaram novos métodos de detecção de fótons para demultiplexação espaço-tempo e construíram detectores de resolução numérica de quase fótons de alta fidelidade, melhorando o nível de manipulação de fótons e a complexidade da computação quântica. De acordo com o algoritmo de amostragem clássico ideal e preciso anunciado publicamente, a velocidade do "Jiuzhang-3" no processamento da amostragem Gaussiana Bose é um milhão de vezes maior do que a da geração anterior "Jiuzhang-2". A amostra mais complexa processada pelo "Nove Capítulo 3" em um milionésimo de segundo levaria o atual supercomputador mais poderoso "Frontier" a mais de 20 bilhões de anos. Esta conquista consolida ainda mais a posição de liderança internacional do meu país no campo da computação quântica óptica.
△Diagrama esquemático do dispositivo experimental
A computação quântica é um novo paradigma de computação na era pós-Moore. Em princípio, possui capacidades de computação paralela ultrarrápidas. Espera-se utilizar algoritmos quânticos específicos para alcançar aceleração exponencial em comparação com computadores clássicos em alguns problemas de grande valor social e econômico. Portanto, o desenvolvimento de computadores quânticos é um dos maiores desafios na vanguarda da ciência e tecnologia mundial atual.
Para este fim, a comunidade académica internacional formulou uma rota de desenvolvimento em três etapas. Entre eles, o primeiro passo é alcançar a "superioridade da computação quântica", ou seja, por meio do controle quântico de alta precisão de quase cem qubits, a solução de problemas específicos mostra um poder de computação incomparável aos supercomputadores. Ao mesmo tempo, no processo, foi desenvolvida tecnologia de controlo quântico escalável para fornecer uma base técnica para o desenvolvimento de computadores quânticos universais com capacidades de tolerância a falhas.
Em 2020, a equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia da China construiu com sucesso o protótipo de computação quântica óptica "Nove Capítulos" de 76 fótons, alcançando pela primeira vez a "superioridade da computação quântica" de um sistema óptico internacionalmente e superando a lacuna no experimento do Google de que a superioridade quântica depende do número de amostras. Em 2021, a equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia da China desenvolveu com sucesso os protótipos de computação quântica "Jiuzhang-2" programável em fase de 113 fótons e "Zuchong-2" de 56 bits, tornando meu país o único que alcançou "superioridade de computação quântica" em rotas de tecnologia óptica e supercondutora.
△ Situação competitiva internacional da computação quântica óptica
Através de uma série de inovações, a equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia da China alcançou a capacidade de manipular 255 fótons pela primeira vez, melhorando significativamente a complexidade da computação quântica óptica e processando a amostragem Gaussiana de Bose um milhão de vezes mais rápido que o "Jiuzhang-2". Com base na construção da série "Nove Capítulos" de protótipos de computação quântica óptica, a equipe de pesquisa também revelou a conexão matemática entre a amostragem Gaussiana de Bose e a teoria dos grafos, e completou a solução de dois tipos de problemas de teoria dos grafos com valor prático, como subgráficos densos, que é 180 milhões de vezes mais rápido do que a simulação precisa de computadores clássicos. Além disso, demonstrou as vantagens da medição de precisão quântica multifóton incondicional pela primeira vez no mundo.