中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士今天上午在上海宣布：世界上第一臺超越早期經(jīng)典計算機(jī)的光量子計算機(jī)誕生，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。在光學(xué)體系方面，研究團(tuán)隊在2016年首次實現(xiàn)十光子糾纏操縱的基礎(chǔ)上，利用高品質(zhì)量子點單光子源構(gòu)建了世界首臺超越早期經(jīng)典計算機(jī)的單光子量子計算機(jī)。在超導(dǎo)體系方面，研究團(tuán)隊打破了之前由谷歌、美國國家航空航天局(NASA)和加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校(UCSB)公開報道的九個超導(dǎo)量子比特的操縱，實現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的十個超導(dǎo)量子比特的糾纏，并在超導(dǎo)量子處理器上實現(xiàn)了快速求解線性方程組的量子算法。相關(guān)系列成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然-光子學(xué)》和《物理評論快報》上。

中國光量子計算機(jī)誕生

　　量子計算機(jī)是指利用量子相干疊加原理，理論上具有超快的并行計算和模擬能力的計算機(jī)。曾有人打過一個比方：如果現(xiàn)在傳統(tǒng)計算機(jī)的速度是自行車，量子計算機(jī)的速度就好比飛機(jī)。使用億億次的“天河二號”超級計算機(jī)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(jī)求解同一個方程組，僅需0.01秒。例如，一臺操縱50個微觀粒子的量子計算機(jī)，對特定問題的處理能力可超過目前最快的“神威·太湖之光”超級計算機(jī)。實驗測試表明，該原型機(jī)的取樣速度比國際同行類似的實驗加快至少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算機(jī)和第一臺晶體管計算機(jī)運(yùn)行速度快10倍至100倍。

　　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。在光子體系方面，潘建偉團(tuán)隊在多光子糾纏領(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，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(jī)。實驗測試表明，該原型機(jī)的“玻色取樣”不僅比之前國際同行所有類似實驗提速至少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(jī)(ENIAC)和第一臺晶體管計算機(jī)(TRADIC)運(yùn)行速度快10-100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)》。這是歷史上第一臺超越早期經(jīng)典計算機(jī)的基于單光子的量子模擬機(jī)，為最終實現(xiàn)超越經(jīng)典計算能力的量子計算這一被國際學(xué)術(shù)界稱為“量子稱霸”的目標(biāo)，奠定了堅實的基礎(chǔ)。朝著這一目標(biāo)，潘建偉團(tuán)隊計劃在今年年底實現(xiàn)大約20個光量子比特的操縱。

　　在超導(dǎo)體系方面，2015年，谷歌、NASA和UCSB宣布實現(xiàn)了9個超導(dǎo)量子比特的高精度操縱，這一記錄在2017年被中國科學(xué)家團(tuán)隊首次打破。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)隊進(jìn)一步利用超導(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《物理評論快報》。研究團(tuán)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。

　　潘建偉說，這是歷史上第一臺超越早期經(jīng)典計算機(jī)的基于單光子的量子模擬機(jī)，為最終實現(xiàn)超越經(jīng)典計算能力的量子計算奠定了基礎(chǔ)。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)》。