中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等組成的研究團(tuán)隊(duì)，基于“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)，完成了對“稠密子圖”和“Max-Haf”兩類圖論問題的求解，通過實(shí)驗(yàn)和理論研究了“九章”處理這兩類圖論問題為搜索算法帶來的加速，及該加速對于問題規(guī)模和實(shí)驗(yàn)噪聲的依賴關(guān)系，實(shí)驗(yàn)速率比全球最快超級計(jì)算機(jī)快約1.8億倍。該研究成果是首次在具有量子計(jì)算優(yōu)越性的光量子計(jì)算原型機(jī)上開展的面向具有應(yīng)用價(jià)值問題的實(shí)驗(yàn)研究。相關(guān)論文近日以“編輯推薦”的形式發(fā)表于《物理評論快報(bào)》。

　　量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)是當(dāng)前科技前沿的重大挑戰(zhàn)之一。國際學(xué)術(shù)界對量子計(jì)算的實(shí)驗(yàn)發(fā)展制定了三步走的路線圖，其中第一步是實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”。“量子計(jì)算優(yōu)越性”是指，通過高精度地操縱近百個(gè)物理比特，高效求解超級計(jì)算機(jī)無法在合理時(shí)間內(nèi)解決的特定的高復(fù)雜度數(shù)學(xué)問題。這一步的意義在于首次從實(shí)驗(yàn)上確鑿地證明量子計(jì)算加速，并挑戰(zhàn)“擴(kuò)展的丘奇—圖靈論題”。

　　目前，僅有谷歌、中國科大以及加拿大Xanadu三個(gè)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了“量子計(jì)算優(yōu)越性”的目標(biāo)。而只有在實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”的基礎(chǔ)上，量子計(jì)算應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)研究才有望帶來量子加速。因此，國際學(xué)術(shù)界下一階段的一個(gè)重要科研目標(biāo)是，探索利用量子計(jì)算原型機(jī)演示具有實(shí)用價(jià)值的問題的求解。

　　近期，潘建偉團(tuán)隊(duì)在繼續(xù)發(fā)展更高質(zhì)量和更強(qiáng)拓展性的光量子計(jì)算原型機(jī)的同時(shí)，開展了將“九章”所執(zhí)行的高斯玻色采樣任務(wù)應(yīng)用于圖論問題的研究探索。高斯玻色采樣與圖論問題具有緊密的數(shù)學(xué)聯(lián)系，通過將高斯玻色采樣設(shè)備的每個(gè)輸出端口映射到圖的頂點(diǎn)，將每個(gè)探測到的光子映射到子圖的頂點(diǎn)，研究人員可以利用實(shí)驗(yàn)得到的樣本加速搜索算法尋找具有更大密度或Hafnian的子圖的過程，從而幫助這兩類圖論問題的求解。這兩類圖論問題在數(shù)據(jù)挖掘、生物信息、網(wǎng)絡(luò)分析和某些化學(xué)模型研究等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。

　　該工作中，研究人員首次利用“九章”執(zhí)行的高斯玻色采樣來加速隨機(jī)搜索算法和模擬退火算法對圖論問題的求解。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用了超過20萬個(gè)80光子符合計(jì)數(shù)樣本，相比全球最快超級計(jì)算機(jī)，使用當(dāng)前最優(yōu)經(jīng)典算法精確模擬，該實(shí)驗(yàn)速率快約1.8億倍。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.190601