中科大研究团队利用“九章”光量子计算原型机求解图论问题

近日合肥6月7日电 (记者 吴兰)记者7日从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队近日基于“九章”光量子计算原型机，进行两类图论问题的求解，实验速率相比全球最快超级计算机快约1.8亿倍。

相关论文近日以“编辑推荐”的形式发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。该研究成果系首次在具有量子计算优越性的光量子计算原型机上开展的面向具有应用价值问题的实验研究。

该研究基于“九章”光量子计算原型机完成了对“稠密子图”和“Max-Haf”两类图论问题的求解，通过实验和理论研究了“九章”处理这两类图论问题为搜索算法带来的加速。据悉，这两类图论问题在数据挖掘、生物信息、网络分析等领域具有重要应用。

量子计算机的物理实现是当前科技前沿的重大挑战之一。国际学术界对量子计算的实验发展制定了三步走的路线图，其中第一步是实现“量子计算优越性”。“量子计算优越性”是指通过高精度的操纵近百个物理比特，高效求解超级计算机无法在合理时间内解决的特定高复杂度数学问题。

2019年底，美国谷歌公司利用超导量子比特宣布实现“量子计算优越性”，但随之经典模拟算法实现反超，谷歌的这一宣称受到挑战。2020年，中国科大潘建伟团队成功构建了76个光子100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机“九章”，首次达到基于光子的“量子计算优越性”里程碑。2021年，潘建伟团队进一步成功研制了“祖冲之二号”和“九章二号”，使得中国成为唯一在两种技术路线都达到了“量子计算优越性”的国家。

只有在实现“量子计算优越性”的基础上，量子计算应用的实验研究才有望带来量子加速。因此，国际学术界下一阶段的一个重要科研目标就是探索利用量子计算原型机演示具有实用价值问题的求解。

近期，潘建伟团队在继续发展更高质量和更强拓展性的光量子计算原型机的同时，开展了将“九章”所执行的高斯玻色采样任务应用于图论问题的研究探索。

工作中，研究人员首次利用“九章”执行的高斯玻色采样来加速随机搜索算法和模拟退火算法对图论问题的求解。研究人员在实验中使用了超过20万个80光子符合计数样本，相比全球最快超级计算机使用当前最优经典算法精确模拟该实验的速率快约1.8亿倍。(完)

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