“中國造”光量子計(jì)算機(jī)問世

5月3日，潘建偉院士（右二）在中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院舉行的新聞發(fā)布會上發(fā)言。

　　我國科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)10個超導(dǎo)量子比特的糾纏，打破此前世界紀(jì)錄，在基于超導(dǎo)體系的量子計(jì)算機(jī)研究方面取得突破性進(jìn)展。

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士及其同事朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組，自主研發(fā)了10比特超導(dǎo)量子線路樣品，通過發(fā)展全局糾纏操作，成功實(shí)現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的超導(dǎo)量子比特的糾纏和完整的測量。

　　此前，谷歌、美國航天航空局和加州大學(xué)圣芭芭拉分校2015年曾宣布實(shí)現(xiàn)了9個超導(dǎo)量子比特的高精度操縱。

　　據(jù)介紹，發(fā)展量子計(jì)算技術(shù)的主要挑戰(zhàn)是通過發(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。多粒子糾纏的操縱作為量子計(jì)算的技術(shù)制高點(diǎn)，一直是國際角逐的焦點(diǎn)。

　　目前，光子、超冷原子和超導(dǎo)線路是學(xué)術(shù)界最主要的三個研究體系方向。潘建偉介紹，進(jìn)一步，研究團(tuán)隊(duì)利用超導(dǎo)量子線路演示了求解線性方程組的量子算法，證明了通過量子計(jì)算的并行性加速求解線性方程組的可行性。

　　量子計(jì)算利用量子相干疊加原理，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。例如，一臺操縱50個微觀粒子的量子計(jì)算機(jī)，對特定問題的處理能力可超過目前的超級計(jì)算機(jī)。

全　文

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士3日在上海宣布，我國科研團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建的光量子計(jì)算機(jī)，首次演示了超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算能力。

　　實(shí)驗(yàn)測試表明，該原型機(jī)的取樣速度比國際同行類似的實(shí)驗(yàn)加快至少24000倍，通過和經(jīng)典算法比較，也比人類歷史上第一臺電子管計(jì)算機(jī)和第一臺晶體管計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度快10倍至100倍。

　　潘建偉說，這臺光量子計(jì)算機(jī)標(biāo)志著我國在基于光子的量子計(jì)算機(jī)研究方面取得突破性進(jìn)展，為最終實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典計(jì)算能力的量子計(jì)算奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　世界首臺超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)3日在上海亮相，十個超導(dǎo)量子比特糾纏首次成功實(shí)現(xiàn)，中國科學(xué)家再次站在了創(chuàng)新的前沿。

　　一個世紀(jì)前，那場關(guān)于“上帝到底擲不擲骰子”的愛因斯坦－玻爾論戰(zhàn)，為人類開啟了量子世界之門；進(jìn)入21世紀(jì)，量子通信、量子計(jì)算等核心技術(shù)飛速發(fā)展，一場新的量子革命正在到來。

　　微觀世界的運(yùn)行，遠(yuǎn)比人類想象得更神秘。世界首顆量子通信衛(wèi)星、十光子糾纏、天地一體化量子通信網(wǎng)絡(luò)……中國“量子人”一系列突破性進(jìn)展，在量子革命的發(fā)展史上，標(biāo)注下新的印記。

　　新版“神算子”有多神？——未來將秒殺超級計(jì)算機(jī)

　　芯片越來越小，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)未來必將遭遇計(jì)算極限。求解一個億億億變量（10的24次方）的方程組，利用目前的超級計(jì)算機(jī)，大約需要100年。而對類似這樣的大規(guī)模計(jì)算難題，如果借助萬億次量子計(jì)算機(jī)，只需0.01秒。

　　全新的量子計(jì)算機(jī)利用量子特有的“疊加狀態(tài)”，以采取并行計(jì)算的方式，讓速度以指數(shù)量級地提升。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士和陸朝陽教授等研制的光量子計(jì)算機(jī)，已經(jīng)比人類歷史上第一臺電子管計(jì)算機(jī)和第一臺晶體管計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度快10倍至100倍。

　　5月3日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陸朝陽教授（中）和學(xué)生們在中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院上海實(shí)驗(yàn)室檢查光量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行情況。

　�。翟拢橙�，中國首臺多光子可編程量子計(jì)算機(jī)在上海亮相，演示了超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算能力，并在世界上首次成功實(shí)現(xiàn)十個超導(dǎo)量子比特糾纏。

　　首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”升空，全球首條遠(yuǎn)程量子通信骨干網(wǎng)“京滬干線”將正式啟用。究竟什么是“量子”，它如何改變我們的生活？今天，讓我們一起來認(rèn)識一下這個微觀世界里的“小精靈”。

　　“量子”是什么？量子是最小的、不可再分割的能量單位。這個概念誕生于１９００年，物理學(xué)家普朗克在德國物理學(xué)會上公布了他的成果，成為量子論誕生和新物理學(xué)革命宣告開始的偉大時刻。

　　我們中學(xué)物理書上提到的分子、原子、電子，其實(shí)都是量子的不同表現(xiàn)形式。也可以說，我們的世界都是由量子組成的。而我們每個人，都是“２４Ｋ”純量子產(chǎn)品。

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授朱曉波說，在我們生活的宏觀世界里，物體的位置、速度等運(yùn)動規(guī)律，都可以通過牛頓力學(xué)精確地測算。但在量子微觀世界里，有著與宏觀世界截然不同的規(guī)則。

5月3日，一名科研人員在中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院上海實(shí)驗(yàn)室內(nèi)調(diào)整操作臺上的激光干擾器。

　　想要判斷量子計(jì)算到底牛不牛、牛在哪，學(xué)術(shù)界有三個達(dá)成共識的指標(biāo)性節(jié)點(diǎn)：計(jì)算能力超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)是第一步，再是超越商用ＣＰＵ，最后是超越超級計(jì)算機(jī)。

　�。翟拢橙赵谏虾Ａ料嗟氖澜缡着_超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)，到底牛在哪？此次，由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士和陸朝陽教授等研制的這臺光量子計(jì)算機(jī)，已經(jīng)比人類歷史上第一臺電子管計(jì)算機(jī)和第一臺晶體管計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度快１０倍至１００倍。

　　量子計(jì)算機(jī)利用量子特有的“疊加狀態(tài)”，采取并行計(jì)算的方式，終極目標(biāo)可以讓速度以指數(shù)量級提升�！暗�現(xiàn)在，它仍然是一個初生的嬰兒，未來最終會長成什么樣子，對整個科學(xué)界來說還是個未知數(shù)�！迸私▊フf。

　　量子計(jì)算一直是國際爭奪焦點(diǎn)。去年７月，美國國家科技委員會發(fā)布報告《推進(jìn)量子信息科學(xué)：國家的挑戰(zhàn)與機(jī)遇》，認(rèn)為量子計(jì)算未來可能會顛覆眾多科學(xué)領(lǐng)域。美國政府隨后在官網(wǎng)發(fā)文，督促學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和政府部門盡快就量子信息議題進(jìn)行交流。公開資料顯示，目前谷歌、ＩＢＭ等公司都在投資研發(fā)量子計(jì)算機(jī)。

　　現(xiàn)有經(jīng)典電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算單元，一個比特在特定時刻只有特定的狀態(tài)，要么０，要么１。而一個量子比特則是０和１的疊加態(tài)，因此Ｎ個量子比特的存儲能力是Ｎ個經(jīng)典比特的２的Ｎ次方倍，隨Ｎ指數(shù)增長。對Ｎ個量子比特實(shí)行一次操作，其效果相當(dāng)于對經(jīng)典存儲器進(jìn)行２的Ｎ次方次操作，這就是量子計(jì)算機(jī)的巨大并行運(yùn)算能力。