光量子コンピュータ「九章3号」が発売されました！スーパーコンピューターの1000億倍の速さ、USTCのパン・ジアンウェイ氏のチームより

私の国の量子コンピューティングは新たな進歩をもたらしました。

USTC公式ウェブサイトからのニュース:

新世代量子コンピューティングのプロトタイプ「九章3号」の開発に成功し、255個の光子（「九章2号」の1倍以上）を搭載し、その計算能力は新たな世界記録を樹立しました。

具体的にどれくらい強いのでしょうか?

（１）ガウスボソンサンプリングの処理速度は、前世代の「九章2号」より100万倍、世界最速のスーパーコンピュータ（フロンティア）より100兆倍高速である。

（２）世界最速のスーパーコンピュータが、１マイクロ秒（１０のマイナス６乗秒）以内に処理される最も複雑なサンプルを処理しようとすると、 ２００億年以上かかることになる（簡単に言えば、１マイクロ秒＝２００億年） 。

ネットユーザーはこう言った。

これは本当にすごいですね。

重要性に関して、USTCは次のように述べています。

「九章3号」の誕生は、主に光量子コンピューティング（超伝導量子に相当）の分野における中国の主導的地位をさらに強化することが目的です。

この研究チームは、依然としてPan Jianwei、Lu Chaoyang、Liu Naileら(中国科学院上海国際電子科技大学量子情報・量子技術革新研究所所属)と、共同パートナーである中国科学院上海マイクロシステム情報技術研究所および国家並列コンピュータ工学技術研究センターで構成されています。

光量子コンピュータ「九章3号」が打ち上げられる

「九章3号」の成果はPhysical Review Lettersに掲載されました。

2021年に打ち上げられた「九章2号」と比べてどのような改良が加えられているのでしょうか？

USTCについて:
まず、光子の同一性を考慮した新しい理論モデルが理論的に初めて提案されました。

(同一性の原理は量子力学の基本的な仮定です。同一粒子のシステム内の任意の粒子ペアの完全な座標 (空間座標とスピン座標を含む) を交換しても、システムの状態は変化しません。)

このモデルは理論と実験のより正確な一致を実現します。

第二に、私たちは完全なベイズ検証と相関関数検証を開発し、既知の古典的な偽造アルゴリズムをすべて完全に排除しました。

これは主に、量子コンピューティングの優位性を裏付けるさらなるデータを提供するためです。

これらの改良に加えて、九章3号はどのようにして255個の光子を達成したのでしょうか?

注目すべきは、九章2号の光子の数は113であるのに対し、光学システムで「量子コンピューティングの優位性」を世界で2番目に達成したボレアリス量子プロセッサ（カナダのザナドゥと米国国立標準技術研究所の共同研究）の光子の数は216であることだ。

ここで、パン・ジャンウェイ氏のチームは、時空間多重分離による光子検出の新しい方法を設計しました。

簡単に言えば、光ファイバー時間遅延リングに基づく超伝導ナノワイヤ検出器は、多光子状態を異なる空間モードに分割し、遅延を通じて空間を時間に変換するために開発されました。

この準光子数分解検出システムにより、研究チームは光子操作のレベル（255光子）を高め、量子コンピューティングの複雑さを高めることができました。

△実験装置の概略図

結局、上記の改良のおかげで、「九章3号」は記事の冒頭で紹介した一連の世界新記録を達成した。

もちろん、このような量子コンピュータは、ガウスボソンサンプリング（従来のコンピュータでは完了できない）などの特定のタスクしか解決できず、一般的なコンピューティングではスーパーコンピュータに匹敵することはできません。

特定のタスクにおけるコンピューティング パフォーマンスを大幅に向上させたことに加え、Jiuzhang-3 では次のことも実現しました。

• ガウスボソンサンプリングとグラフ理論の間の数学的なつながりを明らかにしました。
• 実用的な価値のある2種類のグラフ理論問題（密サブグラフとMax-Haf）の解決を完了しました（従来のコンピュータの正確なシミュレーション速度の1億8000万倍高速） 。
• そして、無条件多光子量子精密測定の利点が世界で初めて実証されました。

△「九章3号」の計算複雑性はスーパーコンピュータの時間を必要とする

最後に、「九章3号」の研究開発の意義は何でしょうか？

国際学術界では、量子コンピュータには3段階の開発ルート（光子型と超伝導型に分かれている）がある。

最初のステップは、「量子コンピューティングの優位性」を達成すること、つまり、約100量子ビットの高精度な量子制御を通じて、特定の問題を解決する上でスーパーコンピュータが匹敵できない計算能力を実証することです。

私の国の発展の歴史を振り返ると、

2020年、76個の光子を持つ「九章」の誕生により、中国は世界で初めて光学システムにおける「量子コンピューティングの優位性」を達成しました。

2021年10月、中国科学技術大学の潘建偉氏のチームは、113光子位相プログラム可能な「九章2号」と56ビットの「祖崇志2号」超伝導量子コンピューティングプロトタイプを開発し、中国は光と超伝導の両方の技術ルートで「量子コンピューティングの優位性」を達成した世界で唯一の国となった。

しかし、「九章2号」の後、2022年6月には光子数219個の量子コンピューター「ボレアリス」が誕生。ガウス粒子のサンプリング速度は2021年時点で世界最速のスーパーコンピューター「富岳」の7兆8000億倍となり、一挙に「九章2号」を上回った。

しかし、競争は非常に激しく、九章3号の誕生により、オーロラ量子コンピュータの短命なリードはすぐに終わり、我が国は世界のトップに返り咲き、再びコンピューティング性能の記録を更新することができました。

論文アドレス: https://journals.aps.org/prl/issues/131/15