埃尼阿克作為世界上第一臺經(jīng)典算法計(jì)算機(jī)，開辟了一個屬于計(jì)算機(jī)的時代。而現(xiàn)在，這個經(jīng)典計(jì)算機(jī)時代正迎來真正的挑戰(zhàn)。

近日，由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、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)研究方面取得了兩項(xiàng)重大突破性進(jìn)展，將為量子計(jì)算時代的到來奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。今天，他們在上海宣布，世界首臺超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)問世。

世界首臺超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)問世

在光學(xué)體系上，該研究團(tuán)隊(duì)在2016年已實(shí)現(xiàn)國際最高水平的十光子糾纏操縱。今年，在這一基礎(chǔ)上，又利用我國自主研發(fā)的高品質(zhì)量子點(diǎn)單光子源構(gòu)建了世界首臺在性能上能夠超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的單光子量子計(jì)算機(jī)。最新實(shí)驗(yàn)測試表明，該原型機(jī)的“玻色取樣”速度比國際同行之前所有類似的實(shí)驗(yàn)加快至少24000倍，比人類歷史上第一臺電子管計(jì)算機(jī)（ENIAC）和第一臺晶體管計(jì)算機(jī)（TRADIC）運(yùn)行速度快10-100倍。

以前，量子計(jì)算速度比經(jīng)典計(jì)算機(jī)快還只是停留在理論中，而該臺原型機(jī)將這一理論變成現(xiàn)實(shí)邁出了堅(jiān)實(shí)的第一步，把量子計(jì)算機(jī)真正推向和經(jīng)典計(jì)算機(jī)競爭的擂臺。這是歷史上第一臺超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)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)。

打破世界紀(jì)錄實(shí)現(xiàn)10個超導(dǎo)量子比特糾纏

在超導(dǎo)體系，該研究團(tuán)隊(duì)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(jì)算機(jī)的系統(tǒng)，使我國在超導(dǎo)體系量子計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域也進(jìn)入世界一流水平行列。

根據(jù)計(jì)劃，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個光量子比特的操縱，20個超導(dǎo)量子比特樣品的設(shè)計(jì)、制備和測試，量子計(jì)算機(jī)的速度將會成指數(shù)增長。

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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)。隨著可操縱的粒子數(shù)的增加，量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力呈指數(shù)增長，可以為經(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，具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ慌_操縱50個微觀粒子的量子計(jì)算機(jī)，對一些特定問題的處理能力甚至比超級計(jì)算機(jī)更強(qiáng)。如果現(xiàn)在經(jīng)典計(jì)算機(jī)的速度是自行車，那量子計(jì)算機(jī)的速度就好比飛機(jī)。并行計(jì)算讓量子計(jì)算機(jī)一秒鐘就可完成超級計(jì)算機(jī)幾年的計(jì)算任務(wù)，幾天內(nèi)就能解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)花費(fèi)數(shù)百萬年時間才能處理的問題。正是因?yàn)槠鋸V闊的發(fā)展前景，許多歐美發(fā)達(dá)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(shí)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(jì)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(jì)算機(jī)的研究與應(yīng)用具有標(biāo)志性意義。