中國誕生世界首台量子計算機 比國際同行快至少24000倍

「世界首台超越早期經典計算機的光量子計算機誕生」，5月3日，中國科學院對外發布了這一消息。

圖：世界首台超越早期經典計算機的單光子量子計算機

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。

量子計算機是指利用量子相干疊加原理，理論上具有超快的並行計算和模擬能力的計算機。曾有人打過一個比方：如果現在傳統計算機的速度是自行車，量子計算機的速度就好比飛機。

圖：中科院研製的光量子計算原型機結構圖

比如，有一個特別大的數字，人們想知道它是由哪兩個數字相乘得到的。這類「大數分解」問題，如果利用萬億次經典計算機分解一個300位的大數，需要15萬年；而利用萬億次量子計算機，則只需一秒鐘。

同樣，求解一個億億億變數的方程組，利用目前最快的超級計算機需要100年，而利用萬億次量子計算機，則只需要0.01秒。

圖：朱曉波教授展示超導量子比特處理器的晶元

多粒子糾纏的操縱作為量子計算的技術制高點，一直是國際角逐的焦點。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，一直保持著國際領先水平。在超導體系，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。這個記錄在2017年被中國科學家團隊打破。

圖：發布會現場

潘建偉、朱曉波、王浩華等自主研發了10比特超導量子線路樣品，通過發展全局糾纏操作，成功實現了目前世界上最大數目的超導量子比特的糾纏和完整的測量。進一步，研究團隊利用超導量子線路演示了求解線性方程組的量子演算法，證明了通過量子計算的並行性加速求解線性方程組的可行性。相關成果即將發表於國際權威期刊《物理評論快報》。

圖：量子計算機研究實驗裝置

在光量子計算方面，潘建偉、陸朝陽等利用自主發展的綜合性能國際最優的量子點單光子源，並通過電控可編程的光量子線路，構建了針對多光子「玻色取樣」任務的光量子計算原型機。

實驗測試表明，該原型機的取樣速度不僅比國際同行類似的實驗加快至少24000倍，同時，通過和經典演算法比較，也比人類歷史上第一台電子管計算機(ENIAC)和第一台晶體管計算機(TRADIC)運行速度快10-100倍。

圖：超導量子計算機路線圖

潘建偉說，這是歷史上第一台超越早期經典計算機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。5月2日，該研究成果以長文的形式在線發表於《自然光子學》。（文章綜合自中科院、中國科學報）

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