研究背景

随着量子物理装置技术水平的快速发展，实现量子霸权似乎日益临近。称霸标准已成为量子计算领域最重要的科学问题之一。玻色采样问题是一种针对光子（玻色子）系统的量子霸权测试案例。理论上，经典计算机求解玻色采样需要指数量级计算时间，而量子计算只需要多项式量级计算时间。与此同时，相比通用量子计算，玻色采样更容易实现。

研究进展

谷歌此前宣布计划通过在2017年底之前通过使用49个超导量子位阵列解决这一问题来证明量子至上。但是，截至2018年1月上旬，只有英特尔发布了此类硬件。1

2017年10月，IBM在传统的超级计算机上演示了56个量子比特的仿真，增加了量子至上性所需的量子比特数量。

2018年9月，《国家科学评论》在线发表了吴俊杰、金贤敏等人的研究成果，报道了玻色采样案例的称霸标准。该项研究中，吴俊杰与金贤敏在“天河二号”超级计算机上完成了玻色采样问题的核心难题——积和式的求解。实际测试的问题规模达到48个光子，并推断出“天河二号”模拟50个光子的玻色采样需要约100分钟。也就是说，一旦实际的量子物理装置实现了每组样本100分钟以内50光子的玻色采样，就在求解这个问题上超过了“天河二号”，实现了量子霸权。

2018年11月，Google宣布与NASA建立合作伙伴关系这将“分析在Google量子处理器上运行的量子电路的结果，并...与经典仿真进行比较，以支持Google验证其硬件并建立量子至上性的基线。”

2019年9月20日，英国《金融时报》报道“ Google声称已达到量子霸权”。2谷歌称一个由53个有效量子比特组成的处理器用约200秒完成传统超级计算机约1万年才能完成的任务，但业界对此存疑。3

2019年12月，中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟等人与德国、荷兰的科学家合作，在国际上首次实现了20光子输入60×60模式干涉线路的玻色取样量子计算，在四大关键指标上均大幅刷新国际记录，逼近实现量子计算研究的重要目标“量子霸权”。4

2020年12月4日，《Science》刊发了中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队的一项研究成果，其构建了76个光子100个模式的量子计算原型机“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解，达到了量子霸权。5

研究意义

实现量子霸权，将代表超越经典的量子计算能力从理论走进实验，标志着一个新的计算能力飞跃时代的开始。实现量子霸权离实现实际的量子计算机尚有很大距离。当前实现量子霸权绝非易事。

参考资料