使用1,024个压缩态在8,176个模式中进行的高斯玻色子采样

《Nature》：Gaussian boson sampling with 1,024 squeezed states in 8,176 modes

　　

摘要

开发大规模、高保真度的量子处理器是一项基础性的科学挑战，对于探索经典计算的极限以及迈向容错系统至关重要。高斯玻色子采样不仅是一个展示量子计算优势的突出模型¹²³，还可以为容错量子计算生成玻色子纠错码⁴⁵⁶。然而，其可扩展性受到了日益庞大和复杂的编码电路中显著光子损失的限制。在这里，我们展示了一种可编程的光子量子处理器Jiuzhang 4.0，它将1,024个高效压缩态集成到一个混合时空编码的8,176模式电路中。通过实现92%的源效率和51%的整体系统效率，该处理器产生的样本检测事件多达3,050个光子，比之前的演示在规模上提高了一个数量级⁷⁸⁹¹⁰。这种架构实现了连接性的立方级扩展（16³ = 4,096），使得能够在大约10^2,461维的希尔伯特空间内进行采样。实验结果经过严格验证，与所有当前的经典模拟方法进行了对比，特别是最近设计的用于利用光子损失的矩阵乘积态算法¹¹。能够在可编程的低损耗量子处理器中控制数千个光子，将实验前沿推进到远超经典可处理能力的范围，并为万亿量子模式的三维簇态和容错光子量子硬件开辟了道路。