看：中國科學家在量子計算機的突破

本文圖片均來自潘建偉教授PPT

撰文 | 林梅

責編 | 陳曉雪

這是第一台超越早期經典計算機ENIAC的基於單光子的量子模擬機，為最終實現超越經典計算能力的量子計算奠定了基礎。

——論文通訊作者之一、中國科學技術大學教授陸朝陽

量子計算基礎研究領域有幾個大家共同努力的指標性節點：第一，展示超越首台電子計算機的計算能力；第二，展示超越商用CPU的計算能力；第三，展示超越超級計算機的計算能力。我們實現的只是其中的第一步，一小步，但是是重要的一步。

——論文通訊作者之一、中國科學技術大學教授潘建偉

近日，中國科學技術大學潘建偉與陸朝陽課題組在基於光子的量子計算機研究方面取得了突破性進展，製造出中國第一台5光子玻色採樣計算機。

這是第一台超越早期經典計算機ENIAC的基於單光子的量子模擬機，為最終實現超越經典計算能力的量子計算奠定了基礎，論文的通訊作者之一、中國科學技術大學教授陸朝陽介紹說。

這一成果發表在5月1日上線的《自然光子學》（Nature Photonics）。

近年來，隨著量子操縱技術的飛速發展，量子計算備受矚目。由於量子比特是 0 和 1 的疊加態，其計算能力相比於經典計算機將會指數加速，這一特點使量子計算有望為經典計算機無法解決的大規模計算難題提供有效解決方案。然而，量子比特極易受到退相干和量子雜訊的影響，量子相干性受到破壞，失去量子計算的優勢。這極大地阻礙了建造量子計算機的進程。

所幸的是，科學家提出了更加可行的量子計算方案，雖然不能實現通用的量子計算，但在某些特定的計算問題上，計算能力依然指數倍於經典計算機。

玻色採樣由美國的理論計算機科學家Scott Aaronson和Aleksandr Arkhipov在2011年提出。該方案極大地降低了量子計算的需求，只需要單光子源，線性幺正系統（對應於一個復幺正矩陣）和探測器，便可實現。潘建偉、陸朝陽課題組首次利用量子點單光子源、自行設計加工的高效率干涉儀，構建了針對多光子「玻色取樣」任務的光量子計算原型機，首次在國際上實現5光子玻色採樣。該量子計算機的採樣率比人類第一台電子計算機ENIAC和晶體管計算機TRADIC高10-100倍。「你們構建了第一代 『ENIAC』量子機器。」一位審稿人評論說。

「量子計算基礎研究領域有幾個大家共同努力的指標性節點：第一，展示超越首台電子計算機的計算能力；第二，展示超越商用CPU的計算能力；第三，展示超越超級計算機的計算能力。我們實現的只是其中的第一步，一小步，但是是重要的一步。」論文的另外一位通訊作者、中國科學技術大學教授潘建偉說。

據了解，潘建偉研究團隊將計劃在今年年底實現大約20個光量子比特的操縱，為實現第二步的目標做準備。

中國科學技術大學教授陳宇翱（未參與這一研究）評論說，第三步在某些特定的數學問題上，超越所有的計算機的計算能力，實現「量子霸權」，需要操縱45-50個量子比特，這一目標預計在未來兩到三年內實現。

鑒於量子計算領域競爭激烈，尤其是在最後一步，鹿死誰手尚未可知，陳宇翱說他希望第一台真正實現「量子霸權」的量子計算機在中國科學技術大學誕生，但國外的工作也在進行之中，《知識分子》將持續關注這一領域的進展。

另外，中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽與朱曉波等，聯合浙江大學王浩華教授研究組在超導體系首次實現十個超導量子比特的糾纏，並在此基礎上實現了快速求解線性方程組的量子演算法。其結果在論文預印網站arxiv.org發表，後者已被《物理評論快報》（Physical Review Letters）接收。

參考文獻：

1.實現超越早期經典計算機的多光子波色取樣論文http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2017.63.html

2.首次實現10個超導量子比特的糾纏：https://arxiv.org/abs/1703.10302

3.利用超導量子線路演示了求解線性方程組的量子演算法：https://arxiv.org/abs/1703.06613，已被Phys. Rev. Lett. 接收

製版編輯：鄧志英丨

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