中國量子計算機 全球領先邁出第一步

3日，中國科學技術大學陸朝陽教授（中）和學生們在中科院量子信息和量子科技創新研究院上海實驗室檢查光量子計算機的運行情況 新華社發

中國科學院3日宣布在量子計算機研究方面取得突破性進展，世界上第一台超越早期經典計算機的量子計算機誕生。這個「世界首台」是貨真價實的「中國造」，屬中國科學技術大學潘建偉教授及其同事陸朝陽、朱曉波等，聯合浙江大學王浩華教授研究組攻關突破的成果。

儘管現在這個量子計算機的「嬰兒」還不如你握著的手機運算速度快，但著名物理學家、中國科學院院士潘建偉說，它是量子計算機打敗經典超級計算機征途中「非常重要的一步」。

現在只是邁出第一步卻是重要的一步

想要判斷量子計算到底牛不牛、牛在哪，學術界有三個達成共識的指標性節點：計算能力超越早期經典計算機是第一步，再是超越商用CPU，最後是超越超級計算機。

關於量子計算研究的系列成果已經發表於《自然?光子學》等國際權威學術期刊上。「這意味著中國科學家研製出了量子計算領域的埃尼亞克（第一台電子管計算機ENIAC）。」《自然?光子學》的審稿人表示。

埃尼亞克作為世界上第一台電子管經典演算法計算機，開闢了一個屬於計算機的時代。而現在，以它為首的經典計算機真正的挑戰來了――以前，量子計算速度比經典計算機快還只是停留在理論中，而中國這台量子計算機向這一理論變成現實邁出了堅實的第一步，把量子計算機真正推向和經典計算機競爭的擂台。

「目前我們實現的只是其中的第一步，但這一小步卻是重要的一步。」潘建偉說，這是歷史上第一台超越早期經典計算機的量子模擬機，為最終實現超越經典計算能力的量子計算奠定了基礎。這台量子模擬機，已經比人類歷史上第一台電子管計算機和第一台晶體管計算機運行速度快10倍至100倍。

預計2020年向超級計算機發起挑戰

由於量子計算的巨大潛在價值，歐美各國都在積極整合各方面研究力量和資源，開展協同攻關，大型高科技公司如谷歌、微軟、IBM等也強勢介入量子計算研究。

來自中國科學院量子信息和量子科技創新研究院的信息顯示，國際學術界關於量子計算技術的發展，集中於光子、超冷原子和超導線路這三個研究體系。其中，在光子體系，潘建偉團隊在國際上率先實現了五光子、六光子、八光子和十光子糾纏，一直保持國際領先水平，其「多光子糾纏及干涉度量」項目獲得2015年度國家自然科學獎一等獎。

「最快帶來實際價值的體系是超冷原子量子模擬，將來很可能集成化的是超導量子計算，谷歌、IBM都在投入大量資源，積極布局。」潘建偉說。

2015年，谷歌、美國航天航空局和加州大學聖芭芭拉分校宣布實現了9個超導量子比特的高精度操縱。此次，潘建偉及其同事朱曉波等，聯合浙江大學王浩華教授研究組，首次實現10個超導量子比特的糾纏，在基於超導體系的量子計算機研究方面取得突破性進展。

陸朝陽表示，預計年底可以實現操縱20個量子比特、達到目前商用CPU水平；到2020年，有望實現操縱45個量子比特的目標，向經典超級計算機的計算能力發起挑戰。

不過，由於高精度量子操控技術的極端複雜性，目前對其的研究仍處在早期發展階段。「量子計算機就像初生的嬰兒，未來最終會長成什麼樣子，對整個科學界還是個未知數。」潘建偉說。

據新華社

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量子計算機

不是用來玩網遊和發微信的

科學家認為，量子計算機會成為未來科技的引擎，是打開無限可能性的鑰匙。一些經典演算法不可能完成的任務，量子演算法卻可以輕鬆搞定。如果將未來的量子計算機比作大學教授，今天所謂超級計算機的能力甚至還比不上剛上幼兒園的小班兒童。

但科學家說，在可預見的將來，量子計算機並不會替代人們桌上的電腦和口袋裡的手機，它更不是用來玩網路遊戲和發微信的。量子計算機實際上是用來處理一些經典電子計算機的老大難問題。

《自然》雜誌在2017年年初的一篇以《2017年將是量子計算機從實驗室走進現實》為題的文章中說，量子計算長期以來都被認為是20年以後才會實現的技術。但是，2017可能是這領域改變其「僅限於研究」印象的一年。

科學家預計，量子計算機將使人類的日常生活大大改變。例如在公共安全領域，量子計算可以瞬間處理監控資料庫中60億人次的臉部圖片，並實時辨別出一個人的身份；在公共交通領域，量子計算能夠迅速對複雜的交通狀況進行分析預判，從而調度綜合交通系統最大限度避免道路擁堵；在氣象預測方面，量子計算能夠將儀器檢測數據結合模型全面預測分析，從而實現更高精準度的天氣預報……量子計算在核爆模擬、密碼破譯、材料和微納製造、藥物設計、金融分析、在宇宙中尋找第二個地球等領域具有突出優勢。

「我認為10年之內做到100個量子比特的操縱沒有問題，它的計算能力可以達到現在全世界計算能力總和的百萬倍。」潘建偉說。

世界首台經典演算法計算機

埃尼亞克

（ENIAC）

中國超導量子計算機路線圖

2020年 向超級計算機發起挑戰

2017年 第五代20比特

第四代10比特樣品

2016年 首次實現10比特糾

第三代4比特樣品

2015年 第二代比特樣品

壽命提高到20微秒

2014年 第一代三比特樣品

壽命5微秒

高品質單光子的背後，得益於電子線路的超低損耗。國際上同類設備在產生單光子時會損耗70%，只有30%可以利用。而這台設備僅僅損耗1%，利用率高達99%。

高品質單光子產生以後，通過光纖被引到可稱之為「處理器」或「光學量子網路」的地方，這正是光量子計算機的第二個重要組成部分。單光子被分成5路，進入由上百個光學器件組成的矩陣。經過科學家的操控後，處理結果就會顯示在計算機的屏幕上。

可別小瞧了這台看起來不起眼的設備，它通過激光來激發量子點，每次產生一個單光子。這個單光子的性能是目前國際上最好的，其品質甚至比世界排名第二的還要好上10至100倍。

中國量子計算機結構圖

來源/新華社 製圖/方磊

全稱為Electronic Numerical Integrator And Computer，即電子數字積分計算機，是世界上第一台經典演算法計算機。它能夠重新編程，解決各種計算問題。於1946年2月14日在美國宣告誕生。

埃尼亞克長30.48米，寬6米，高2.4米，30個操作台，重達31噸，造價48萬美元。計算速度是每秒5000次加法或400次乘法。

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