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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉及其同事陸朝陽等與中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員尤立星小組合作，實(shí)驗(yàn)研究了一種量子計(jì)算模型“玻色采樣”對光子損失的魯棒性，證明容忍一定數(shù)目光子損失的玻色采樣可以帶來采樣率的有效提升。該研究成果為通過玻色采樣實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)開辟了一條高效的途徑，于6月6日以“編輯推薦文章”（Editors’ Suggestion）的形式在線發(fā)表于《物理評論快報(bào)》。

美國物理學(xué)會Physics網(wǎng)站邀請澳大利亞量子計(jì)算和量子通信技術(shù)國家研究中心博士Austin Lund以《光子損耗不會使得量子采樣脫軌》為題，在“觀點(diǎn)”（Viewpoint）專欄對這一研究成果作了評述。

在量子計(jì)算領(lǐng)域，能演示量子機(jī)器在特定問題上優(yōu)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的實(shí)驗(yàn)被國際學(xué)術(shù)界稱為“量子霸權(quán)”。2010年，麻省理工學(xué)院Aaronson等在理論上提出玻色采樣，是一種快速計(jì)算矩陣的常值方法，主要原理是對經(jīng)過線性器件處理的玻色子的概率分布進(jìn)行抽樣分析，從而可以很快的求出一個(gè)n x n維矩陣常值的方法。值得指出的是玻色采樣計(jì)算機(jī)并不是一種嚴(yán)格意義上的通用量子計(jì)算機(jī)，雖然它用到了量子力學(xué)中全同粒子的概念但是并沒有用到量子比特的概念，它是介于經(jīng)典與量子之間的計(jì)算，但是這種計(jì)算已經(jīng)足夠證明量子計(jì)算的優(yōu)越性了，經(jīng)過嚴(yán)格證明此模型是實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)的有效途徑之一。但是玻色采樣的一個(gè)實(shí)驗(yàn)挑戰(zhàn)是光子的損耗。潘建偉團(tuán)隊(duì)首次在實(shí)驗(yàn)上探索了可容忍光子損耗的玻色采樣。該團(tuán)隊(duì)發(fā)展了國際上最高效率和品質(zhì)的量子點(diǎn)單光子源，并自主研發(fā)了集成127個(gè)分束器的具有最高透過率的光量子線路。

結(jié)合上海微系統(tǒng)所尤立星團(tuán)隊(duì)研制的高性能超導(dǎo)納米線單光子探測器（SNSPD），實(shí)驗(yàn)證明，在損耗一定光子數(shù)的情況下，玻色采樣仍然保持其原來的計(jì)算復(fù)雜度（#P-complete）。與此同時(shí)，這種新型的玻色采樣可以指數(shù)級地提升采樣速率。該研究成果表明我國繼續(xù)在光學(xué)量子計(jì)算方面保持國際領(lǐng)先水平，并向超越經(jīng)典計(jì)算能力的量子霸權(quán)研究目標(biāo)又邁進(jìn)了一步。

該研究工作得到了自然科學(xué)基金委、科技部、中科院、教育部等單位的支持。

論文鏈接：

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

Physics Viewpoint：

https://physics.aps.org/articles/v11/57

(中國科學(xué)院-阿里巴巴量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、科研部）

文章來源：中國科學(xué)院    圖片來源：網(wǎng)絡(luò)

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