據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長、中國科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院院長潘建偉院士介紹，量子計算在原理上具有超快的并行計算和模擬能力，能解決經(jīng)典計算機無法解決的大規(guī)模計算難題。目前，國際學(xué)術(shù)界認(rèn)為基于光子、超冷原子和超導(dǎo)線路體系的量子計算技術(shù)最有可能取得突破，我國在這3個方面均有世界領(lǐng)先的表現(xiàn)。

潘建偉介紹，基于光子的量子計算研究是我國的傳統(tǒng)優(yōu)勢，在多光子糾纏領(lǐng)域始終保持著國際領(lǐng)先水平——2016年底刷新了世界光子糾纏紀(jì)錄，提升到十光子糾纏，并自主研發(fā)了世界上最高品質(zhì)和最高效率的量子點單光子源。

潘建偉說：“在前期工作的基礎(chǔ)上，我們構(gòu)建了針對多光子‘玻色取樣’任務(wù)的光量子計算原型機。”他解釋，科學(xué)家們把“玻色取樣”這一任務(wù)看成是測試計算能力的一個“競賽項目”，“玻色取樣”的計算量非常大，超級計算機難以完成。

“但光量子計算機在這方面有著突出優(yōu)勢。”潘建偉介紹，實驗測試表明，此次發(fā)明的光量子計算機進行“玻色取樣”速度，比國際同行之前類似的所有實驗加快至少24000倍。同時，通過和經(jīng)典算法比較，其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倍至100倍。

“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目標(biāo)奠定了堅實基礎(chǔ)。”潘建偉介紹，研究團隊計劃在今年年底實現(xiàn)大約20個光量子比特的操縱，“這將是光量子計算機的重大飛躍”。

超導(dǎo)量子計算機

潘建偉介紹，基于超導(dǎo)線路體系的量子計算機比較容易集成，被認(rèn)為是比較容易取得突破的研究方向，也是國際量子計算機研究競爭的熱點。2015年，谷歌、美國國家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。

“現(xiàn)在，這個紀(jì)錄被我們打破了！”據(jù)潘建偉介紹，由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陸朝陽、朱曉波、潘建偉，浙江大學(xué)教授王浩華等合作，自主研發(fā)了10比特超導(dǎo)量子比特處理器，“可以簡單類比為傳統(tǒng)電腦的芯片”，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)。

同時，研究團隊用這一處理器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。“藥物篩選、星體運動規(guī)律、氣象預(yù)報等很多問題其實都可以歸結(jié)為線性方程問題。而這也就說明，基于超導(dǎo)線路體系的量子計算機有很強的應(yīng)用前景。”

潘建偉介紹，研究團隊目前正致力于20個超導(dǎo)量子比特樣品的設(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。“我們預(yù)計10年左右能夠?qū)崿F(xiàn)對100個粒子的相干操縱，其針對某些特定問題的計算能力是目前全世界計算能力總和的百萬倍。對此，我們很有信心！”