超級計算機通常被用于加解決那些經(jīng)典計算機無法完成的問題，那如果超算的速度還不夠呢？現(xiàn)在，一種新型的光子量子計算機只需36微秒就可以完成一項傳統(tǒng)超級計算機9000多年才能完成的任務。

這臺光子量子計算機名為Borealis，是第一臺能夠通過云向公眾提供量子優(yōu)勢的機器。

理論上講，量子計算機具有量子優(yōu)勢，能夠找到經(jīng)典計算機無法解決的問題的答案。量子計算機的計算能力隨量子比特的數(shù)量以指數(shù)方式增長。

無論是谷歌、IBM亞馬遜這樣的科技巨頭還是IonQ等初創(chuàng)公司，都依賴于基于超導電路或離子阱的量子比特。這些方法有一個缺點是它們都需要極低的溫度，因為熱量會破壞量子比特，而控制低溫的系統(tǒng)是非常昂貴的。

相比之下，利用基于光子量子比特的量子計算機原則上可以在室溫下運行，并且能夠輕松集成到現(xiàn)有基于光纖的電信系統(tǒng)中，有可能幫助將量子計算機連接到強大的網(wǎng)絡(luò)，甚至連接到量子互聯(lián)網(wǎng)。

近年來，Sycamore、九章等量子計算機陸續(xù)問世。其中，中科大研制的九章是基于光子的量子計算原型機，在高斯玻色采樣問題上，九章二號的處理速度比最快的超級計算機快億億億倍（10的24次方）。

九章二號的主要缺點在于，它依賴于固定反射鏡片和透鏡。因此它是不可編程的，這限制了它的整體應用。

現(xiàn)在，在一項新研究《可編程光子處理器的量子計算優(yōu)越性》中，位于多倫多的量子計算初創(chuàng)公司Xanadu推出了全新的設(shè)備Borealis，它可能是第一臺完全可編程的光子量子計算機。這項研究6月1日正式發(fā)表在Nature雜志。

「Borealis是第一臺任何擁有互聯(lián)網(wǎng)連接的人能夠公開使用的具有量子計算優(yōu)勢的機器，」該研究的資深作者、Xanadu系統(tǒng)集成團隊負責人Jonathan Lavoie說

在Borealis中，量子比特由所謂的「壓縮態(tài)」構(gòu)成，由光脈沖中的多個光子的疊加組成。由于量子物理學的超現(xiàn)實性質(zhì)，傳統(tǒng)的量子比特能夠以一種稱為疊加的狀態(tài)存在，它們可以表示數(shù)據(jù)的0或1，而壓縮態(tài)能夠以0、1、2、3或更多的狀態(tài)存在。

Borealis能夠生成多達216個壓縮光脈沖序列?！钢匾氖且J識到Borealis并不等同于216量子比特的傳統(tǒng)設(shè)備。由于它使用壓縮態(tài)的量子比特，它處理的量子任務與基于超導電路量子比特或離子阱的設(shè)備不同。」Lavoie說。

來自完全可編程光子處理器的高維GBS。

在實驗中，研究者在一項名為高斯玻色子采樣的任務中測試了Borealis，用機器分析了其中的隨機數(shù)據(jù)patch。高斯玻色子采樣可能有很多實際應用，例如識別哪些分子彼此最適合。

在此前的工作中，九章二號在144個壓縮光脈沖中檢測到了多達113個光子。這項工作中，Borealis在其壓縮光脈沖序列中檢測到了多達219個光子，而一般水平是125個?？偠灾茖W家預估，Borealis執(zhí)行高斯玻色子采樣的速度可以超過2021年世界上最快的傳統(tǒng)超級計算機富岳（Fugaku）的7.8萬億倍。

Borealis的一項關(guān)鍵進步是使用了光子數(shù)分辨探測器。此前的機器使用的是閾值檢測器，旨在僅區(qū)分出「未檢測到光子」和「至少檢測到一個光子」。Lavoie表示，光子量子計算機可以解決的計算問題的規(guī)模隨著它可以檢測到光子數(shù)量呈指數(shù)增長，因此光子數(shù)分辨探測器使得Borealis的運行速度達到此前光子量子計算機的5000萬倍以上。

Xanadu讓Borealis可供所有人通過云使用?！肝覀冞€與合作伙伴合作，使其更廣泛地可用，」Lavoie說?！肝覀兿Ｍ墓_可用性將激發(fā)更多關(guān)于量子優(yōu)勢和一般高斯玻色子采樣的研究。」

Lavoie表示，Xanadu未來的研究將完全專注于實現(xiàn)糾錯和最終容錯，以解決量子計算中最有價值的問題。在構(gòu)建Borealis過程中學到的許多技術(shù)和經(jīng)驗教訓，將被納入[future models]架構(gòu)中。