「中國造」光量子計算機問世實現10個超導量子比特糾纏

科技日報上海5月3日電 （記者 李大慶）世界首台超越早期經典計算機的光量子計算機3日在上海亮相，10個超導量子比特糾纏首次成功實現，中國科學家再次站在了創新的前沿。中國科技大學潘建偉院士及同事陸朝陽、朱曉波等，聯合浙江大學王浩華研究組，在去年首次實現10光子糾纏操縱的基礎上，構建了這台基於單光子的量子計算機。

「從原理上說，量子計算機具有超快的並行計算和模擬能力，其計算能力隨可操縱的粒子數呈指數增長，可為經典計算機無法解決的大規模計算難題提供有效的解決方案。一台操縱50個微觀粒子的量子計算機，對特定問題的處理能力可超過超級計算機。」潘建偉說，如果用萬億次經典計算機分解一個300位的大數，需15萬年，而用萬億次量子計算機，則只需1秒。可以說，量子計算機更擅長解決密碼分析、氣象預報、藥物設計、金融分析、石油勘探等大規模計算的難題。由於量子計算存在著巨大的潛在價值，歐美國家都在積極整合研究力量和資源，開展協同攻關。同時，一些大型高科技公司，如谷歌、微軟、IBM等也強勢介入量子計算研究。

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，潘建偉團隊在多光子糾纏領域始終保持著國際領先水平，分別在國際上率先實現了5光子、6光子、8光子糾纏，去年底又把紀錄刷新至10光子糾纏。在此基礎上，團隊利用自主研發的綜合性能國際最優的量子點單光子源，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」（一種用來採集玻色子散射樣本的量子演算法）任務的光量子計算原型機。實驗測試表明，此原型機的「玻色取樣」速度不僅比之前國際同行類似的所有實驗快至少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。

5月2日，中國科學家的這項研究成果以長文形式在線發表於《自然·光子學》。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的目標奠定了堅實的基礎。

在潘建偉團隊研製的量子計算機中，超導體系也有重大突破。2015年，谷歌、美國航空航天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。但這個紀錄在今年被中國科學家團隊打破。朱曉波、王浩華和陸朝陽、潘建偉等合作，自主研發了10比特超導量子線路樣品，通過高精度脈衝控制和全局糾纏操作，成功實現了目前世界上最大數目的超導量子比特的多體純糾纏。

據了解，潘建偉團隊正致力於20個超導量子比特樣品的設計、製備和測試，並計劃於今年年底前發布量子云計算平台。

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