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)典計算機的光量子計算機誕生，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)典計算機的單光子量子計算機。在超導(dǎo)體系方面，研究團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。

中國光量子計算機誕生

　　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。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。例如，一臺操縱50個微觀粒子的量子計算機，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。實驗測試表明，該原型機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和第一臺晶體管計算機運行速度快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。實驗測試表明，該原型機的“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(ENIAC)和第一臺晶體管計算機(TRADIC)運行速度快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)。研究團隊進一步利用超導(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)》。