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重磅!世界首臺(tái)光量子計(jì)算機(jī)在中國誕生

2017年05月03日 13:42 | 來源:觀察者網(wǎng)
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【觀察者網(wǎng)TMT報(bào)道】五一假期剛過,科技界就迎來一個(gè)重磅消息:世界上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)誕生!中國科學(xué)院5月3日在上海舉行新聞發(fā)布會(huì)發(fā)布了這一消息。

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。

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),一直是國際角逐的焦點(diǎn)。在光子體系,潘建偉團(tuán)隊(duì)在國際上率先實(shí)現(xiàn)了五光子、六光子、八光子和十光子糾纏,一直保持著國際領(lǐng)先水平。在超導(dǎo)體系,2015年,谷歌、美國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、陸朝陽等利用自主發(fā)展的綜合性能國際最優(yōu)的量子點(diǎn)單光子源,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)競爭的擂臺(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。

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?。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。

編輯:周佳佳

關(guān)鍵詞:世界首臺(tái) 光量子計(jì)算機(jī) 中國

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