這次一共發(fā)布了兩個量子計算機的原型，一種基于超導(dǎo)，一種基于光學(xué)。其中，10比特超導(dǎo)量子線路樣品，演示了求解線性方程組的量子算法，相關(guān)成果即將發(fā)表于國際權(quán)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，比國際同行類似的實驗加快至少24000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)》。

更令人振奮的是，這個“世界首臺”是貨真價實的“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、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？曾有人打過一個比方：如果現(xiàn)在傳統(tǒng)計算機的速度是自行車，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億億億變量的方程組，所需時間為100年。而使用一臺萬億次的量子計算機求解同一個方程組，僅需0.01秒。

中國科學(xué)院阿里巴巴量子計算實驗室 資料圖

多粒子糾纏的操縱作為量子計算的技術(shù)制高點，一直是國際角逐的焦點。在光子體系，潘建偉團隊在國際上率先實現(xiàn)了五光子、六光子、八光子和十光子糾纏，一直保持著國際領(lǐng)先水平。在超導(dǎo)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現(xiàn)了9個超導(dǎo)量子比特的高精度操縱。這個記錄在2017年被中國科學(xué)家團隊打破。

根據(jù)今天發(fā)布會上的消息，潘建偉、朱曉波、王浩華等自主研發(fā)了10比特超導(dǎo)量子線路樣品，通過發(fā)展全局糾纏操作，成功實現(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。進一步，研究團隊利用超導(dǎo)量子線路演示了求解線性方程組的量子算法，證明了通過量子計算的并行性加速求解線性方程組的可行性。相關(guān)成果即將發(fā)表于國際權(quán)威期刊《物理評論快報》。

在光量子計算方面，潘建偉、陸朝陽等利用自主發(fā)展的綜合性能國際最優(yōu)的量子點單光子源，并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，該原型機的取樣速度不僅比國際同行類似的實驗加快至少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。

中科院微博截圖

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(xiàn)實邁出了堅實的第一步，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(biāo)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

在超導(dǎo)體系，該研究團隊自主研發(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10比特量子態(tài)。這一成果打破了美國之前保持的9個量子比特操縱的記錄，形成了一個完整的超導(dǎo)計算機的系統(tǒng)，使我國在超導(dǎo)體系量子計算機研究領(lǐng)域也進入世界一流水平行列。

根據(jù)計劃，潘建偉研究團隊將計劃在今年年底實現(xiàn)大約 20 個光量子比特的操縱， 20 個超導(dǎo)量子比特樣品的設(shè)計、制備和測試，量子計算機的速度將會成指數(shù)增長。

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。隨著可操縱的粒子數(shù)的增加，量子計算機的計算能力呈指數(shù)增長，可以為經(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，具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ慌_操縱 50個微觀粒子的量子計算機，對一些特定問題的處理能力甚至比超級計算機更強。如果現(xiàn)在經(jīng)典計算機的速度是自行車，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(nèi)就能解決傳統(tǒng)計算機花費數(shù)百萬年時間才能處理的問題。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。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(dǎo)線路三個體系上。我國科學(xué)家日前在光子和超導(dǎo)線路上取得的重大突破，對于量子計算機的研究與應(yīng)用具有標(biāo)志性意義。

附表 量子應(yīng)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，貝爾實驗室的專家彼得·秀爾證明量子計算機能夠完成對數(shù)運算，且速度遠(yuǎn)勝傳統(tǒng)計算機。

1997年，科學(xué)家首次用一對糾纏光子實現(xiàn)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(tǒng)公司宣布研制成功16位量子比特的超導(dǎo)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島之間傳輸了一份量子信息，傳送距離超過了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(zhǔn)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)合小組成功實現(xiàn)了當(dāng)時世界上最遠(yuǎn)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，保持量子比特的量子機械特性完整性。