Gần đây, một nhóm nghiên cứu gồm Pan Jianwei, Lu Chaoyang và Liu Naile từ Viện Đổi mới Công nghệ Lượng tử và Thông tin Lượng tử của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, hợp tác với Viện Vi hệ thống và Công nghệ thông tin Thượng Hải của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Kỹ thuật Máy tính Song song Quốc gia, đã chế tạo thành công nguyên mẫu điện toán lượng tử 255 photon "Jiuzhang-3", một lần nữa lập kỷ lục thế giới mới về kỹ thuật mức độ thông tin lượng tử quang học và tính ưu việt của điện toán lượng tử.
Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một phương pháp phát hiện photon mới để phân kênh không-thời gian, chế tạo máy dò có thể phân giải số gần như photon có độ chính xác cao và cải thiện mức độ thao tác photon và độ phức tạp của điện toán lượng tử. Theo thuật toán lấy mẫu chính xác cổ điển tối ưu đã được công bố công khai, tốc độ xử lý lấy mẫu Gaussian Bose của "Jiuzhang-3" cao hơn một triệu lần so với "Jiuzhang-2" thế hệ trước. Mẫu phức tạp nhất được "Nine Chapter 3" xử lý trong một phần triệu giây sẽ khiến siêu máy tính mạnh nhất hiện nay "Frontier" phải mất hơn 20 tỷ năm. Thành tích này càng củng cố thêm vị thế dẫn đầu quốc tế của nước tôi trong lĩnh vực điện toán lượng tử quang học.
△Sơ đồ của thiết bị thí nghiệm
Điện toán lượng tử là bước tiếp theo Một mô hình điện toán mới trong kỷ nguyên của Moore, về nguyên tắc có khả năng tính toán song song cực nhanh, dự kiến sẽ sử dụng các thuật toán lượng tử cụ thể để đạt được khả năng tăng tốc theo cấp số nhân so với máy tính cổ điển trong một số vấn đề có giá trị kinh tế và xã hội lớn. Vì vậy, việc phát triển máy tính lượng tử là một trong những thách thức lớn nhất đi đầu của khoa học công nghệ thế giới hiện nay.
Để đạt được mục tiêu này, cộng đồng học thuật quốc tế đã xây dựng lộ trình phát triển gồm ba bước. Trong số đó, bước đầu tiên là đạt được “ưu thế tính toán lượng tử”, tức là thông qua việc kiểm soát lượng tử có độ chính xác cao gần một trăm qubit, giải quyết các vấn đề cụ thể cho thấy sức mạnh tính toán mà siêu máy tính không thể so sánh được. Đồng thời, trong quá trình này, công nghệ điều khiển lượng tử có thể mở rộng đã được phát triển để cung cấp nền tảng kỹ thuật cho sự phát triển của máy tính lượng tử phổ quát có khả năng chịu lỗi.
Năm 2020, nhóm Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã chế tạo thành công nguyên mẫu điện toán lượng tử quang học "Nine Chapters" 76 photon, lần đầu tiên đạt được "ưu thế tính toán lượng tử" của một hệ thống quang học trên phạm vi quốc tế và khắc phục lỗ hổng trong thí nghiệm của Google rằng ưu thế lượng tử phụ thuộc vào số lượng mẫu. Vào năm 2021, nhóm Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã phát triển thành công thêm nguyên mẫu điện toán lượng tử lập trình pha 113 photon "Jiuzhang-2" và 56-bit "Zuchong-2", đưa nước ta trở thành quốc gia duy nhất đạt được "ưu thế điện toán lượng tử" trong cả tuyến công nghệ quang học và siêu dẫn.
△Tình hình cạnh tranh quốc tế về điện toán lượng tử quang học
通Thông qua một loạt đổi mới, nhóm Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc lần đầu tiên đã đạt được khả năng điều khiển 255 photon một cách ngoạn mục cải thiện độ phức tạp của tính toán lượng tử quang học và xử lý lấy mẫu Gaussian Bose nhanh hơn một triệu lần so với "Jiuzhang-2". Trên cơ sở xây dựng loạt nguyên mẫu điện toán lượng tử quang học “Nine Chapters”, nhóm nghiên cứu còn tiết lộ mối liên hệ toán học giữa lấy mẫu Gaussian Bose và lý thuyết đồ thị, đồng thời hoàn thành giải pháp cho hai loại bài toán lý thuyết đồ thị có giá trị thực tế, chẳng hạn như đồ thị con dày đặc, nhanh hơn 180 triệu lần so với mô phỏng chính xác của máy tính cổ điển. Ngoài ra, lần đầu tiên trên thế giới nó đã chứng minh được những ưu điểm của phép đo chính xác lượng tử đa photon vô điều kiện.