挑战「九章」计算优势的光子量子计算机现身。作者：西西

编辑：陈彩娴

近日，加拿大多伦多一家初创公司，Xanadu，开发的光子量子计算机 Borealis 登上 Nature 杂志，引发全球科技界广泛关注。

Borealis 宣称仅需 36 微秒即可解决传统超级计算机需要9000年才能完成的问题，其速度超过了目前世界上最快的超级计算机，并且对中国九章 2.0 计算能力构成挑战。

Xanadu 成立于2016年，是全球少数研发光子量子计算机的公司之一，它们受到国际巨头如IBM、微软、亚马逊和英伟达等企业的关注。其创始人Christian Weedbrook在昆士兰大学获得物理博士学位，又在MIT与多伦多大学担任博士后。

那么，Borealis究竟是何方神圣？它与九章相比有什么优势呢？

Borealis 是如何运作的？

经典计算机通过晶体管进行开关操作，将数据转化为1或0，而量子计算使用“量子比特”，可以同时充当1和0，即单个量子的位可以执行两次计算。当两个或更多这样的量子的位连接或纠缠时，它们就可以同时进行更复杂的数学运算，这就是所谓“量子优势”。

Xanadu团队在6月初提交给《Nature》的文章中推出了Borealis。这台新型光子量子电脑只需36微秒就能完成一个传统超级电脑9000年才能完成的事务。此外，它也是第一台能够通过云服务向公众提供具有真正优越性的数量效率的大型数据处理系统。

图示：由Borealis合成三维纠缠态图形表示，其中每个顶点代表一个压缩状态的qubit，每条边代表顶点之间连接（也称为纠缠）。来源：Xanadu

基于光子的技术使得这种设备能够运行于室温环境下，与利用超导材料制成之设备不同，后者需要极低温度以避免热能破坏这些敏感的小分子的状态。在这个方面，比起其他竞争对手，如IBM、谷歌等使用超导电路或者捕获离子的技术来制作quantum bits（qubits），基于光质的情况更具灵活性和潜力，因为它们可以集成到现有的基于玻璃通道通信网络中，有望建立强大的未来互联网。

虽然谷歌2019年的Sycamore处理器以及2021年的中国九章2.0都依赖于同样的概念，但IEEE Spectrum指出，在某些方面，比如编程能力而言，Borealis显示出了突出的进步。

例如，在高斯玻色球采样任务中测试了Borealis表现。在此过程中，一台电子装置必须分析大量随机数据块。据了解，在144个压缩脉冲中的最大检测到的粒数是113，而在相同条件下，由九章2.0检测到的最大粒数则不及219，而且平均值达到125。而对于Fugaku世界最快的一般用途PC来说，该数字相当于7,800万倍增加！

关键的是，使其如此迅速的是一种名为“photon-number-resolving detectors”的探测器，这种探测器能够区分任何数量来自这些脉冲序列中的任何一组激光束，从而允许其处理更复杂的问题规模，不再限制于简单阈值检测是否有至少一个激波被检测到。如果采用之前用于类似目的但性能较弱的地面灯泡，那么要实现同样的效果将需要50000倍以上次数。

总结一下，就像这样的一项重大创新发生了一切！

参考链接：

https://spectrum.ieee.org/photonic-quantum-computing

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04725-x

https://xanadu.ai/products/borealis/

https://spectrum.ieee.org/photonic-quantum

https://en.wikipedia.org/wiki/Xanadu_Quantum_Technologies