量子计算可以解决许多经典计算无法完成的重要问题,因此吸引了广泛的理论和实验研究。能分解2048位整数的通用量子计算机需要数千个量子比特和数十亿个Toffoli门,因此通用量子计算必须使用量子纠错码。量子纠错码对设备有极高的要求,还需要长期的技术发展。基于现有的没有量子纠错的设备,可能在特定任务上实现相比经典计算机的量子加速。如果量子加速足够大,以至于任何经典计算机都无法在合理的时间内解决这个任务,则将其称为量子计算优越性。在量子计算领域,量子计算优越性是长期以来备受瞩目的里程碑。2020年,我们基于高斯玻色采样完成了光量子计算原型机“九章”,首次在光学领域实现了量子计算优越性。这是第二个实现的量子计算优越性,也证明了量子计算优越性在不同量子计算体系下广泛存在。本论文介绍了实现光量子计算优越性所需的各项理论和技术,并最终实现了光量子计算优越性。本论文主要包括以下工作:1.设计接近完美的自发参量下转换光源,不需要滤波片就能解除频率关联,并且同时满足高收集效率和高品质。2.发展受激参量下转换技术,将自发参量下转换的亮度提高4倍,并且可以通过多次级联继续提高。3.实验实现12光子GHZ纠缠态,这是目前纠缠光子数的记录。4.实验演示3,4,5光子随机入口玻色采样,其采样速率超越此前所有基于自发参量下转换的玻色采样实验。5.发展高斯玻色采样在非均匀损耗线路情况下的理论,并基于此对高斯玻色采样进行了原理性验证实验。6.基于高斯玻色采样,完成光量子计算原型机“九章”,并进一步优化升级为“九章二号”,相对于经典的直接模拟算法,分别达到了 14和24个数量级的量子加速,实现量子计算优越性。我们还对采样结果进行了多项分析和表征以验证实验过程的正确性。