五一假期剛過(guò)，科技界就迎來(lái)一個(gè)重磅消息：世界上第一臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機誕生！中國科學(xué)院5月3日在上海舉行新聞發(fā)布會(huì )發(fā)布了這一消息。

這次一共發(fā)布了兩個(gè)量子計算機的原型，一種基于超導，一種基于光學(xué)。其中，10比特超導量子線(xiàn)路樣品，演示了求解線(xiàn)性方程組的量子算法，相關(guān)成果即將發(fā)表于國際權威期刊《物理評論快報》。

針對多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計算原型機，是歷史上第一臺超越早期經(jīng)典計算機量子模擬機，比國際同行類(lèi)似的實(shí)驗加快至少24000倍，5月2日，該研究成果以長(cháng)文的形式在線(xiàn)發(fā)表于《自然光子學(xué)》。

更令人振奮的是，這個(gè)“世界首臺”是貨真價(jià)實(shí)的“中國造”，屬中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事陸朝陽(yáng)、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組攻關(guān)突破的成果。

什么是量子計算機？曾有人打過(guò)一個(gè)比方：如果現在傳統計算機的速度是自行車(chē)，量子計算機的速度就好比飛機。使用億億次的“天河二號”超級計算機求解一個(gè)億億億變量的方程組，所需時(shí)間為100年。而使用一臺萬(wàn)億次的量子計算機求解同一個(gè)方程組，僅需0.01秒。

多粒子糾纏的操縱作為量子計算的技術(shù)制高點(diǎn)，一直是國際角逐的焦點(diǎn)。在光子體系，潘建偉團隊在國際上率先實(shí)現了五光子、六光子、八光子和十光子糾纏，一直保持著(zhù)國際領(lǐng)先水平。在超導體系，2015年，谷歌、美國航天航空局和加州大學(xué)圣芭芭拉分校宣布實(shí)現了9個(gè)超導量子比特的高精度操縱。這個(gè)記錄在2017年被中國科學(xué)家團隊打破。

根據今天發(fā)布會(huì )上的消息，潘建偉、朱曉波、王浩華等自主研發(fā)了10比特超導量子線(xiàn)路樣品，通過(guò)發(fā)展全局糾纏操作，成功實(shí)現了目前世界上最大數目的超導量子比特的糾纏和完整的測量。進(jìn)一步，研究團隊利用超導量子線(xiàn)路演示了求解線(xiàn)性方程組的量子算法，證明了通過(guò)量子計算的并行性加速求解線(xiàn)性方程組的可行性。相關(guān)成果即將發(fā)表于國際權威期刊《物理評論快報》。

在光量子計算方面，潘建偉、陸朝陽(yáng)等利用自主發(fā)展的綜合性能?chē)H最優(yōu)的量子點(diǎn)單光子源，并通過(guò)電控可編程的光量子線(xiàn)路，構建了針對多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計算原型機。實(shí)驗測試表明，該原型機的取樣速度不僅比國際同行類(lèi)似的實(shí)驗加快至少24000倍，同時(shí)，通過(guò)和經(jīng)典算法比較，也比人類(lèi)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。

以前，量子計算速度比經(jīng)典計算機快還只是停留在理論中，而該臺原型機將這一理論變成現實(shí)邁出了堅實(shí)的第一步，把量子計算機真正推向和經(jīng)典計算機競爭的擂臺。這是歷史上第一臺超越早期經(jīng)典計算機量子模擬機，為最終實(shí)現超越經(jīng)典計算能力的量子計算這一國際學(xué)術(shù)界稱(chēng)之為“量子稱(chēng)霸”的目標奠定了堅實(shí)的基礎。

在超導體系，該研究團隊自主研發(fā)了10比特超導量子線(xiàn)路樣品，通過(guò)高精度脈沖控制和全局糾纏操作，成功實(shí)現了目前世界上最大數目的超導量子比特的多體純糾纏，并通過(guò)層析測量方法完整地刻畫(huà)了10比特量子態(tài)。這一成果打破了美國之前保持的9個(gè)量子比特操縱的記錄，形成了一個(gè)完整的超導計算機的系統，使我國在超導體系量子計算機研究領(lǐng)域也進(jìn)入世界一流水平行列。

根據計劃，潘建偉研究團隊將計劃在今年年底實(shí)現大約 20 個(gè)光量子比特的操縱， 20 個(gè)超導量子比特樣品的設計、制備和測試，量子計算機的速度將會(huì )成指數增長(cháng)。

量子計算機是指利用量子相干疊加原理，理論上具有超快的并行計算和模擬能力的計算機。隨著(zhù)可操縱的粒子數的增加，量子計算機的計算能力呈指數增長(cháng)，可以為經(jīng)典計算機無(wú)法解決的大規模計算難題提供有效解決方案，具有巨大的發(fā)展潛力。一臺操縱 50個(gè)微觀(guān)粒子的量子計算機，對一些特定問(wèn)題的處理能力甚至比超級計算機更強。如果現在經(jīng)典計算機的速度是自行車(chē)，那量子計算機的速度就好比飛機。并行計算讓量子計算機一秒鐘就可完成超級計算機幾年的計算任務(wù)，幾天內就能解決傳統計算機花費數百萬(wàn)年時(shí)間才能處理的問(wèn)題。正是因為其廣闊的發(fā)展前景，許多歐美發(fā)達國家以及大型高科技公司紛紛布局相關(guān)研究。

目前，發(fā)展這一技術(shù)的關(guān)鍵在于如何通過(guò)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)現規?；孔颖忍氐南喔刹倏v。國際上學(xué)術(shù)界對于量子計算技術(shù)的研究主要基于光子、超冷原子和超導線(xiàn)路三個(gè)體系上。我國科學(xué)家日前在光子和超導線(xiàn)路上取得的重大突破，對于量子計算機的研究與應用具有標志性意義。

附表 量子應用大事記

1982年，諾貝爾獎獲得者理查德?費曼提出“量子計算機”的概念。

1994年，貝爾實(shí)驗室的專(zhuān)家彼得?秀爾證明量子計算機能夠完成對數運算，且速度遠勝傳統計算機。

1997年，科學(xué)家首次用一對糾纏光子實(shí)現了量子信息傳輸。

2005年，世界第一臺量子計算機原型機在美國誕生，基本符合了量子力學(xué)的全部本質(zhì)特性。

2007年2月，加拿大D-Wave系統公司宣布研制成功16位量子比特的超導量子計算機。

2007年，維也納大學(xué)的安東?齊林格和他的同事們用一對糾纏光子在加那利群島的兩個(gè)島之間傳輸了一份量子信息，傳送距離超過(guò)了143千米。

2010年1月，美國哈佛大學(xué)和澳洲昆士蘭大學(xué)的科學(xué)家利用量子計算機準確算出了氫分子所含的能量。

2010年3月，德國于利希研究中心發(fā)表公報：該中心的超級計算機JUGENE成功模擬了42位的量子計算機。

2010年，中國科大—清華大學(xué)聯(lián)合小組成功實(shí)現了當時(shí)世界上最遠距離的量子態(tài)隱形傳輸，傳輸距離達16公里。

2012年3月，IBM做到了在減少基本運算誤差的同時(shí)，保持量子比特的量子機械特性完整性。

2015年7月，中國科學(xué)院與阿里巴巴集團旗下阿里云共同成立“中國科學(xué)院-阿里巴巴量子計算實(shí)驗室”，開(kāi)展在量子信息科學(xué)領(lǐng)域的前瞻性研究。

2016年8月，，我國自主研制的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗衛星“墨子號”成功升空。

摘自 觀(guān)察者網(wǎng)