我國成功構(gòu)建世界首臺光量子計算機

　　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)建了世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機。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，介紹了這一研究進展。

　　“量子計算機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，量子計算利用量子相干疊加原理，在原理上具有超快的并行計算和模擬能力，計算能力隨可操縱的粒子數(shù)呈指數(shù)增長，可為經(jīng)典計算機無法解決的大規(guī)模計算難題提供有效解決方案。

　　“比方說，一臺操縱50個微觀粒子的量子計算機，對特定問題的處理能力可超過超級計算機。”潘建偉介紹，發(fā)展量子計算技術(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)，實現(xiàn)規(guī)模化量子比特的相干操縱。

　　由于量子計算的巨大潛在價值，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，大型高科技公司如谷歌、微軟、IBM等也強勢介入量子計算研究。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)線路體系的量子計算技術(shù)發(fā)展上總體進展較快。

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

　　在此基礎(chǔ)上，團隊利用自主發(fā)展的綜合性能國際最優(yōu)的量子點單光子源，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)的光量子計算原型機。實驗測試表明，該原型機的“玻色取樣”速度不僅比國際同行類似的之前所有實驗加快至少24000倍，同時，通過和經(jīng)典算法比較，也比人類歷史上第一臺電子管計算機（ENIAC）和第一臺晶體管計算機（TRADIC）運行速度快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)》。

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

　　量子計算機的研發(fā)有著不同的技術(shù)路線，記者在發(fā)布會上還了解到，團隊不僅是在光量子體系的研究中領(lǐng)先，同時還在超導(dǎo)體系的研究中也幾乎同時取得了突破性進展。研究團隊打破了之前由谷歌、NASA和UCSB公開報道的九個超導(dǎo)量子比特的操縱，實現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目（十個）超導(dǎo)量子比特的糾纏，并在超導(dǎo)量子處理器上實現(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》。

　　“當(dāng)量子比特的操縱數(shù)量達到5個比特就能超越早期經(jīng)典計算機，25個左右的時候，就能和現(xiàn)在的普通計算機計算能力相當(dāng)。”潘建偉透露，目前研究團隊正在致力于20個超導(dǎo)量子比特量子計算機的設(shè)計、制備和測試，并計劃于今年年底前發(fā)布量子云計算平臺，供科學(xué)家“體驗”量子計算。

　　潘建偉預(yù)計，今年年底前將實現(xiàn)20比特的量子糾纏，到2020年左右，能夠達到50個左右的糾纏，誕生實現(xiàn)“量子稱霸”的超導(dǎo)計算機。“這是一個比較可靠的計劃。”潘建偉說。（趙竹青）

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