我國成功構(gòu)建世界首臺(tái)光量子計(jì)算機(jī)

　　近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事陸朝陽、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組，成功構(gòu)建了世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)。中國科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院3日在上海舉行新聞發(fā)布會(huì)，介紹了這一研究進(jìn)展。

　　“量子計(jì)算機(jī)在求解某類特定問題上具有巨大的優(yōu)勢。”中科院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉介紹，量子計(jì)算利用量子相干疊加原理，在原理上具有超快的并行計(jì)算和模擬能力，計(jì)算能力隨可操縱的粒子數(shù)呈指數(shù)增長，可為經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的大規(guī)模計(jì)算難題提供有效解決方案。

　　“比方說，一臺(tái)操縱50個(gè)微觀粒子的量子計(jì)算機(jī)，對特定問題的處理能力可超過超級(jí)計(jì)算機(jī)。”潘建偉介紹，發(fā)展量子計(jì)算技術(shù)的主要挑戰(zhàn)通過發(fā)展高精度、高效率的量子態(tài)制備與相互作用控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量子比特的相干操縱。

　　由于量子計(jì)算的巨大潛在價(jià)值，歐美各國都在積極整合各方面研究力量和資源，開展協(xié)同攻關(guān)，同時(shí)，大型高科技公司如谷歌、微軟、IBM等也強(qiáng)勢介入量子計(jì)算研究。潘建偉介紹，目前，國際學(xué)術(shù)界在基于光子、超冷原子和超導(dǎo)線路體系的量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展上總體進(jìn)展較快。

　　在各個(gè)路線的較量中，“多粒子糾纏的操縱”作為量子計(jì)算的核心資源，一直是國際角逐的焦點(diǎn)。在光子體系，潘建偉團(tuán)隊(duì)在多光子糾纏領(lǐng)域始終保持著國際領(lǐng)先水平，并于2016年底把紀(jì)錄刷新至十光子糾纏。

　　在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)利用自主發(fā)展的綜合性能國際最優(yōu)的量子點(diǎn)單光子源，通過電控可編程的光量子線路，構(gòu)建了針對多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計(jì)算原型機(jī)。實(shí)驗(yàn)測試表明，該原型機(jī)的“玻色取樣”速度不僅比國際同行類似的之前所有實(shí)驗(yàn)加快至少24000倍，同時(shí)，通過和經(jīng)典算法比較，也比人類歷史上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)（ENIAC）和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)（TRADIC）運(yùn)行速度快10-100倍。5月2日，該研究成果以長文的形式在線發(fā)表于《自然光子學(xué)》。

　　“這是歷史上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的基于單光子的量子模擬機(jī)，為最終實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典計(jì)算能力的量子計(jì)算這一國際學(xué)術(shù)界稱之為‘量子稱霸’的目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。”潘建偉說。

　　量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)有著不同的技術(shù)路線，記者在發(fā)布會(huì)上還了解到，團(tuán)隊(duì)不僅是在光量子體系的研究中領(lǐng)先，同時(shí)還在超導(dǎo)體系的研究中也幾乎同時(shí)取得了突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)打破了之前由谷歌、NASA和UCSB公開報(bào)道的九個(gè)超導(dǎo)量子比特的操縱，實(shí)現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目（十個(gè)）超導(dǎo)量子比特的糾纏，并在超導(dǎo)量子處理器上實(shí)現(xiàn)了快速求解線性方程組的量子算法。成果即將發(fā)表于《物理評論快報(bào)》。

　　“當(dāng)量子比特的操縱數(shù)量達(dá)到5個(gè)比特就能超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)，25個(gè)左右的時(shí)候，就能和現(xiàn)在的普通計(jì)算機(jī)計(jì)算能力相當(dāng)。”潘建偉透露，目前研究團(tuán)隊(duì)正在致力于20個(gè)超導(dǎo)量子比特量子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)、制備和測試，并計(jì)劃于今年年底前發(fā)布量子云計(jì)算平臺(tái)，供科學(xué)家“體驗(yàn)”量子計(jì)算。

　　潘建偉預(yù)計(jì)，今年年底前將實(shí)現(xiàn)20比特的量子糾纏，到2020年左右，能夠達(dá)到50個(gè)左右的糾纏，誕生實(shí)現(xiàn)“量子稱霸”的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。“這是一個(gè)比較可靠的計(jì)劃。”潘建偉說。（趙竹青）

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