容忍光子損失玻色采樣實驗首次實現

中國科學技術大學教授潘建偉及其同事陸朝陽等與中國科學院上海微系統與信息技術研究所尤立星小組合作，實驗研究了一種量子計算模型“玻色采樣”對光子損失的魯棒性，證明容忍一定數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現量子霸權開辟了一條高效的途徑，并于近日以“編輯推薦文章”的形式在線發表于《物理評論快報》。

在量子計算領域，能演示量子機器在特定問題上優于經典計算機的實驗被國際學術界稱為“量子霸權”。2010年，美國麻省理工學院的研究人員在理論上提出玻色采樣，并嚴格證明此模型是實現量子霸權的有效途徑之一。但是玻色采樣的一個實驗挑戰是光子的損耗。

潘建偉團隊首次在實驗上探索了可容忍光子損耗的玻色采樣。該團隊發展了國際上最高效率和品質的量子點單光子源，并自主研發了集成127個分束器的具有最高透過率的光量子線路。結合上海微系統所尤立星團隊研制的高性能超導納米線單光子探測器，實驗證明在損耗一定光子數的情況下，玻色采樣仍然保持其原來的計算復雜度。

與此同時，這種新型的玻色采樣可以指數級地提升采樣速率。該研究成果表明我國繼續在光學量子計算方面保持國際領先水平，并向超越經典計算能力的量子霸權研究目標又邁進了一步。