這次一共發(fā)布了兩個(gè)量子計(jì)算機(jī)的原型，一種基于超導(dǎo)，一種基于光學(xué)。其中，10比特超導(dǎo)量子線路樣品，演示了求解線性方程組的量子算法，相關(guān)成果即將發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《物理評(píng)論快報(bào)》。

針對(duì)多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計(jì)算原型機(jī)，是歷史上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)量子模擬機(jī)，比國(guó)際同行類似的實(shí)驗(yàn)加快至少24000倍，5月2日，該研究成果以長(zhǎng)文的形式在線發(fā)表于《自然光子學(xué)》。

更令人振奮的是，這個(gè)“世界首臺(tái)”是貨真價(jià)實(shí)的“中國(guó)造”，屬中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事陸朝陽(yáng)、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。

什么是量子計(jì)算機(jī)？曾有人打過一個(gè)比方：如果現(xiàn)在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的速度是自行車，量子計(jì)算機(jī)的速度就好比飛機(jī)。使用億億次的“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)求解一個(gè)億億億變量的方程組，所需時(shí)間為100年。而使用一臺(tái)萬(wàn)億次的量子計(jì)算機(jī)求解同一個(gè)方程組，僅需0.01秒。

中國(guó)科學(xué)院阿里巴巴量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室 資料圖

多粒子糾纏的操縱作為量子計(jì)算的技術(shù)制高點(diǎn)，一直是國(guó)際角逐的焦點(diǎn)。在光子體系，潘建偉團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了五光子、六光子、八光子和十光子糾纏，一直保持著國(guó)際領(lǐng)先水平。在超導(dǎo)體系，2015年，谷歌、美國(guó)航天航空局和加州大學(xué)圣芭芭拉分校宣布實(shí)現(xiàn)了9個(gè)超導(dǎo)量子比特的高精度操縱。這個(gè)記錄在2017年被中國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)打破。

根據(jù)今天發(fā)布會(huì)上的消息，潘建偉、朱曉波、王浩華等自主研發(fā)了10比特超導(dǎo)量子線路樣品，通過發(fā)展全局糾纏操作，成功實(shí)現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的超導(dǎo)量子比特的糾纏和完整的測(cè)量。進(jìn)一步，研究團(tuán)隊(duì)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(jì)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)表于國(guó)際權(quán)威期刊《物理評(píng)論快報(bào)》。

在光量子計(jì)算方面，潘建偉、陸朝陽(yáng)等利用自主發(fā)展的綜合性能國(guó)際最優(yōu)的量子點(diǎn)單光子源，并通過電控可編程的光量子線路，構(gòu)建了針對(duì)多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計(jì)算原型機(jī)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該原型機(jī)的取樣速度不僅比國(guó)際同行類似的實(shí)驗(yàn)加快至少24000倍，同時(shí)，通過和經(jīng)典算法比較，也比人類歷史上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)（ENIAC）和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)（TRADIC）運(yùn)行速度快10-100倍。

中科院微博截圖

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(tái)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(jìng)爭(zhēng)的擂臺(tái)。這是歷史上第一臺(tái)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(guó)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)。

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(cè)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(guó)之前保持的9個(gè)量子比特操縱的記錄，形成了一個(gè)完整的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)，使我國(guó)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(gè)光量子比特的操縱， 20 個(gè)超導(dǎo)量子比特樣品的設(shè)計(jì)、制備和測(cè)試，量子計(jì)算機(jī)的速度將會(huì)成指數(shù)增長(zhǎng)。

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(zhǎng)，可以為經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)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?。一臺(tái)操縱 50個(gè)微觀粒子的量子計(jì)算機(jī)，對(duì)一些特定問題的處理能力甚至比超級(jí)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(jí)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(wàn)年時(shí)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(guó)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)?；孔颖忍氐南喔刹倏v。國(guó)際上學(xué)術(shù)界對(duì)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(gè)體系上。我國(guó)科學(xué)家日前在光子和超導(dǎo)線路上取得的重大突破，對(duì)于量子計(jì)算機(jī)的研究與應(yīng)用具有標(biāo)志性意義。

附表 量子應(yīng)用大事記

1982年，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德·費(fèi)曼提出“量子計(jì)算機(jī)”的概念。

1994年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的專家彼得·秀爾證明量子計(jì)算機(jī)能夠完成對(duì)數(shù)運(yùn)算，且速度遠(yuǎn)勝傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。

1997年，科學(xué)家首次用一對(duì)糾纏光子實(shí)現(xiàn)了量子信息傳輸。

2005年，世界第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)在美國(guó)誕生，基本符合了量子力學(xué)的全部本質(zhì)特性。

2007年2月，加拿大D-Wave系統(tǒng)公司宣布研制成功16位量子比特的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。

2007年，維也納大學(xué)的安東·齊林格和他的同事們用一對(duì)糾纏光子在加那利群島的兩個(gè)島之間傳輸了一份量子信息，傳送距離超過了143千米。

2010年1月，美國(guó)哈佛大學(xué)和澳洲昆士蘭大學(xué)的科學(xué)家利用量子計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確算出了氫分子所含的能量。

2010年3月，德國(guó)于利希研究中心發(fā)表公報(bào)：該中心的超級(jí)計(jì)算機(jī)JUGENE成功模擬了42位的量子計(jì)算機(jī)。

2010年，中國(guó)科大—清華大學(xué)聯(lián)合小組成功實(shí)現(xiàn)了當(dāng)時(shí)世界上最遠(yuǎn)距離的量子態(tài)隱形傳輸，傳輸距離達(dá)16公里。

2012年3月，IBM做到了在減少基本運(yùn)算誤差的同時(shí)，保持量子比特的量子機(jī)械特性完整性。