光量子计算模拟时间大幅缩短，加速十亿倍

近日，英国布里斯托大学量子研究团队声称，已经大大缩短模拟光量子计算机的时间，比以往方法加速约10亿倍。相关成果发表于《科学进展》(Science Advances)。

图片来自《科学进展》

量子计算机有望在一些问题上实现指数级加速，从药物发现到电池新材料等领域都具有潜在的应用。而目前“量子霸权”备受关注，即量子计算机执行任务的能力甚至超越世界上最强大的超级计算机。

2020年12月，中国科学技术大学团队研制的“九章”光学量子计算机原型，在求解“高斯玻色采样”(GBS)问题时，实现了“量子优越性”。这项在200秒内完成的实验，如果用世界上最强大的超级计算机来模拟，需要6亿年才能完成。

高斯玻色采样(GBS)是一种在高度纠缠的高斯态下测量光子的先进方法。

此次，布里斯托大学量子工程技术(QET)实验室团队，与伦敦帝国理工学院和惠普企业研究人员合作，提出了更快的经典GBS模拟方法，将模拟时间缩短到只有几个月，加速因子约为10亿。团队在约10万核的超级计算机上进行测试，以模拟多达100种模式和多达92个光子的GBS实验，并引入一种有效的经典抽样分布，并通过了多种GBS验证方法。

算法和阈值检测器采样方法示意图，图片来自论文

与此同时，其他声称具有“量子霸权”的实验团队，如谷歌的量子计算团队，也正在改进这类实验经典算法的模拟。

牛津量子电路高级量子工程师兼论文共同第一作者Bryn Bell说：“随着研究人员开展更大规模的实验，他们更渴求相对于经典模拟的‘量子优越性’。我们的结果将为确定未来GBS实验的计算能力，提供一个重要的比较点。”

QET实验室博士生兼共同第一作者Jake Bulmer认为，这些“量子优越性”实验代表了物理学和工程学的巨大成就。该实验室联合主任Anthony Laing表示，随着人类开发更复杂的量子计算技术，这类工作将帮助人们理解未来必须克服的障碍，特别是在解决清洁能源和医疗保健问题上，“此次研究与惠普企业研究人员合作就是一个很好的例子。”

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