記者帶你走近世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)（組圖）

　　圖為記者在實(shí)驗(yàn)室近距離感受世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)（局部）。新華網(wǎng) 王瑩攝

　　新華網(wǎng)上海5月4日電（王瑩）量子計(jì)算機(jī)是指利用量子相干疊加原理、理論上具有超快的并行計(jì)算和模擬能力的計(jì)算機(jī)。曾有人打過一個(gè)比方：如果現(xiàn)在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的速度是自行車，量子計(jì)算機(jī)的速度就好比飛機(jī)。

　　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(shì)介入量子計(jì)算研究。

　　據(jù)了解，目前，國際學(xué)術(shù)界在基于光子、超冷原子和超導(dǎo)線路這3種體系的量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展上總體較為領(lǐng)先。也就是說，現(xiàn)在進(jìn)展最快的有3類量子計(jì)算機(jī)：光量子計(jì)算機(jī)、超冷原子量子計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)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，在基于光子和超導(dǎo)體系的量子計(jì)算機(jī)研究方面取得了系列突破性進(jìn)展。

　　在光學(xué)體系方面，研究團(tuán)隊(duì)在去年首次實(shí)現(xiàn)十光子糾纏操縱的基礎(chǔ)上，利用高品質(zhì)量子點(diǎn)單光子源構(gòu)建了世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的單光子量子計(jì)算機(jī)。

　　圖為基于單光子的量子計(jì)算原型機(jī)結(jié)構(gòu)。潘建偉教授供圖

　　據(jù)了解，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)。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(duì)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。

　　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)。朝著這個(gè)目標(biāo)，潘建偉研究團(tuán)隊(duì)將計(jì)劃在今年年底實(shí)現(xiàn)大約20個(gè)光量子比特的操縱。

　　圖為超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。潘建偉教授供圖

　　在超導(dǎo)體系方面，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(xiàn)了9個(gè)超導(dǎo)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(tuán)隊(duì)首次打破。

　　朱曉波、王浩華和陸朝陽、潘建偉等合作，自主研發(fā)了10比特超導(dǎo)量子線路樣品，通過高精度脈沖控制和全局糾纏操作，成功實(shí)現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的超導(dǎo)量子比特的多體純糾纏，并通過層析測量方法完整地刻畫了十比特量子態(tài)。

　　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。研究團(tuán)隊(duì)正在致力于20個(gè)超導(dǎo)量子比特樣品的設(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)。

　　圖為超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)路線圖。潘建偉教授供圖

　　對(duì)于量子計(jì)算機(jī)的前景，潘建偉認(rèn)為，“量子計(jì)算機(jī)可以實(shí)用化，未來全世界會(huì)有很多臺(tái)，但不需要家家都有?！痹谒磥恚孔佑?jì)算機(jī)可以和現(xiàn)有的經(jīng)典計(jì)算機(jī)配合使用。以現(xiàn)有的手機(jī)終端為例，手機(jī)就是小型計(jì)算機(jī)，它要做成低溫的量子計(jì)算機(jī)，會(huì)很難、也沒有必要?！暗憧梢酝ㄟ^云計(jì)算平臺(tái)，用手機(jī)把需要完成的計(jì)算任務(wù)送到云端，讓后臺(tái)的量子計(jì)算機(jī)來完成?！?/p>

　　潘建偉表示，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)能算好的問題，量子計(jì)算機(jī)不需要再去介入。量子計(jì)算機(jī)瞄準(zhǔn)的，是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不能解決的難題?！氨热绮Ｉ訉?duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)太難了，量子計(jì)算機(jī)在這方面就顯得特別強(qiáng)大?！?/p>

　　據(jù)潘建偉介紹，當(dāng)量子計(jì)算機(jī)實(shí)用化以后，將能解決密碼分析、氣象預(yù)報(bào)、藥物設(shè)計(jì)、金融分析、石油勘探、人工智能、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域內(nèi)的難題。

　　圖為記者在實(shí)驗(yàn)室近距離感受世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)（局部）。新華網(wǎng) 王瑩攝

　　圖為記者在實(shí)驗(yàn)室近距離感受世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)（局部）。新華網(wǎng) 王瑩攝

　　圖為記者在實(shí)驗(yàn)室近距離感受世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)（局部）。新華網(wǎng) 王瑩攝

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　　圖為量子計(jì)算機(jī)研究實(shí)驗(yàn)裝置。陸朝陽教授供圖

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