Kürzlich hat ein Forschungsteam bestehend aus Pan Jianwei, Lu Chaoyang und Liu Naile vom Institut für Quanteninformation und Quantenwissenschaft und Technologieinnovation der Chinesischen Akademie der Wissenschaften an der Universität für Wissenschaft und Technologie von China in Zusammenarbeit mit dem Shanghai Institute of Microsystems and Information Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und dem National Parallel Computer Engineering Research Center erfolgreich einen 255-Photonen-Quantencomputer-Prototyp „Jiuzhang-3“ gebaut und damit erneut einen neuen Weltrekord für das technische Niveau der optischen Quanteninformation aufgestellt und die Überlegenheit des Quantencomputings.
Forscher haben neue Photonendetektionsmethoden für die Raum-Zeit-Demultiplexierung entwickelt und hochpräzise Quasi-Photonenzahl-auflösbare Detektoren konstruiert, die den Grad der Photonenmanipulation und die Komplexität des Quantencomputings verbessern. Laut dem öffentlich bekannt gegebenen optimalen klassischen, genauen Abtastalgorithmus ist die Geschwindigkeit von „Jiuzhang-3“ bei der Verarbeitung der Gaußschen Bose-Abtastung eine Million Mal höher als die der Vorgängergeneration „Jiuzhang-2“. Für die komplexeste Probe, die „Nine Chapter 3“ in einer Millionstelsekunde verarbeitet, würde der derzeit leistungsstärkste Supercomputer „Frontier“ mehr als 20 Milliarden Jahre brauchen. Dieser Erfolg festigt die internationale Spitzenposition meines Landes im Bereich des optischen Quantencomputings weiter.
△Schematische Darstellung des Versuchsgeräts
Quantencomputing ist ein neues Computerparadigma in der Post-Moore-Ära. Es verfügt grundsätzlich über ultraschnelle parallele Rechenfähigkeiten. Es wird erwartet, dass bestimmte Quantenalgorithmen verwendet werden, um bei einigen Problemen von großem sozialen und wirtschaftlichen Wert eine exponentielle Beschleunigung im Vergleich zu klassischen Computern zu erreichen. Daher ist die Entwicklung von Quantencomputern eine der größten Herausforderungen an der Spitze der aktuellen Weltwissenschaft und -technologie.
Zu diesem Zweck hat die internationale akademische Gemeinschaft einen dreistufigen Entwicklungspfad formuliert. Der erste Schritt besteht darin, eine „Überlegenheit des Quantencomputings“ zu erreichen, d. Gleichzeitig wurde dabei eine skalierbare Quantenkontrolltechnologie entwickelt, um eine technische Grundlage für die Entwicklung universeller Quantencomputer mit Fehlertoleranzfähigkeiten zu schaffen.
Im Jahr 2020 baute das Team der University of Science and Technology of China erfolgreich den 76-Photonen-Prototyp des optischen Quantencomputings „Neun Kapitel“ und erreichte damit erstmals international die „Quantencomputing-Überlegenheit“ eines optischen Systems und überwand die Lücke im Google-Experiment, dass die Quantenüberlegenheit von der Anzahl der Proben abhängt. Im Jahr 2021 hat das Team der University of Science and Technology of China die 113-Photonen-Phasenprogrammierbaren Quantencomputer-Prototypen „Jiuzhang-2“ und 56-Bit „Zuchong-2“ erfolgreich weiterentwickelt. Damit ist mein Land das einzige Land, das „Quantencomputer-Überlegenheit“ sowohl auf dem Gebiet der optischen als auch der supraleitenden Technologie erreicht hat.
△Internationale Wettbewerbssituation des optischen Quantencomputings
Durch eine Reihe von Innovationen erlangte das Team der University of Science and Technology of China erstmals die Fähigkeit, 255 Photonen zu manipulieren, wodurch die Komplexität des optischen Quantencomputings erheblich verbessert und Gaußsche Bose-Abtastungen eine Million Mal schneller als mit „Jiuzhang-2“ verarbeitet werden. Auf der Grundlage der Erstellung der „Neun Kapitel“-Reihe optischer Quantencomputing-Prototypen enthüllte das Forschungsteam auch den mathematischen Zusammenhang zwischen Gaußscher Bose-Abtastung und Graphentheorie und vervollständigte die Lösung zweier Arten von Problemen der Graphentheorie mit praktischem Wert, wie etwa dichte Teilgraphen, die 180 Millionen Mal schneller sind als die präzise Simulation klassischer Computer. Darüber hinaus wurden weltweit erstmals die Vorteile der bedingungslosen Multiphotonen-Quantenpräzisionsmessung demonstriert.