世界首臺光量子計算機(jī)在中國誕生

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    5月3日,，中國科學(xué)院在上海召開新聞發(fā)布會,，宣布世界首臺超越早期經(jīng)典計算機(jī)的光量子計算機(jī)在我國誕生,。

　　中科院院士,、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉及其同事陸朝陽,、朱曉波等,，聯(lián)合浙江大學(xué)教授王浩華研究組，近期在基于光子和超導(dǎo)體系的量子計算機(jī)研究方面取得了系列突破性進(jìn)展,。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(diǎn)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,。

　　量子計算利用量子相干疊加原理,，在原理上具有超快的并行計算和模擬能力，計算能力隨可操縱的粒子數(shù)呈指數(shù)增長,，可為經(jīng)典計算機(jī)無法解決的大規(guī)模計算難題提供有效解決方案,。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超級計算機(jī)。量子計算技術(shù)主要通過發(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)�,；�量子比特的相干操縱,。由于其巨大的潛在價值，歐美各國都在積極整合各方面研究力量和資源,，開展協(xié)同攻關(guān),，同時，谷歌,、微軟,、IBM等大型高科技公司也強(qiáng)勢介入量子計算研究。

　　多粒子糾纏的操縱作為量子計算的技術(shù)制高點(diǎn),，一直是國際角逐的焦點(diǎn),。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(diǎn)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,。

　　上述工作由中國科大、浙江大學(xué),、中科院物理研究所等協(xié)同完成,，受到中科院-阿里巴巴量子計算實驗室、國家自然科學(xué)基金委,、科技部和教育部2011計劃等資助,。

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