世界首台光量子計算機在中國誕生 比國際同行快24000倍

五一假期剛過，科技就迎來一個重磅消息：世界上第一台超越早期經典計算機的光量子計算機誕生！中國科學院5月3日在上海舉行新聞發布會發布了這一消息。

中國科學院5月3日在上海舉行新聞發布會發布了這一消息

這個「世界首台」量子計算機是貨真價實的「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。使用億億次的「天河二號」超級計算機求解一個億億億變數的方程組，所需時間為100年。而使用一台萬億次的量子計算機求解同一個方程組，僅需0.01秒。例如，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目前最快的「神威·太湖之光」超級計算機。

中國科學院阿里巴巴量子計算實驗室 資料圖

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，中國科學技術大學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。

據報道，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》。

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。

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》。

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。隨著可操縱的粒子數的增加，量子計算機的計算能力呈指數增長，可以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，具有巨大的發展潛力。一台操縱 50個微觀粒子的量子計算機，對一些特定問題的處理能力甚至比超級計算機更強。如果現在經典計算機的速度是自行車，那量子計算機的速度就好比飛機。並行計算讓量子計算機一秒鐘就可完成超級計算機幾年的計算任務，幾天內就能解決傳統計算機花費數百萬年時間才能處理的問題。正是因為其廣闊的發展前景，許多歐美髮達國家以及大型高科技公司紛紛布局相關研究。

目前，發展這一技術的關鍵在於如何通過發展高精度、高效率的量子態製備與相互作用控制技術，實現規模化量子比特的相干操縱。國際上學術界對於量子計算技術的研究主要基於光子、超冷原子和超導線路三個體系上。我國科學家日前在光子和超導線路上取得的重大突破，對於量子計算機的研究與應用具有標誌性意義。

附表 量子應用大事記

1982年，諾貝爾獎獲得者理查德·費曼提出「量子計算機」的概念。

1994年，貝爾實驗室的專家彼得·秀爾證明量子計算機能夠完成對數運算，且速度遠勝傳統計算機。

1997年，科學家首次用一對糾纏光子實現了量子信息傳輸。

2005年，世界第一台量子計算機原型機在美國誕生，基本符合了量子力學的全部本質特性。

2007年2月，加拿大D-Wave系統公司宣布研製成功16位量子比特的超導量子計算機。

2007年，維也納大學的安東·齊林格和他的同事們用一對糾纏光子在加那利群島的兩個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，美國哈佛大學和澳洲昆士蘭大學的科學家利用量子計算機準確算出了氫分子所含的能量。

2010年3月，德國於利希研究中心發表公報：該中心的超級計算機JUGENE成功模擬了42位的量子計算機。

2010年，中國科大—清華大學聯合小組成功實現了當時世界上最遠距離的量子態隱形傳輸，傳輸距離達16公里。

2012年3月，IBM做到了在減少基本運算誤差的同時，保持量子比特的量子機械特性完整性。

2015年7月，中國科學院與阿里巴巴集團旗下阿里雲共同成立「中國科學院-阿里巴巴量子計算實驗室」，開展在量子信息科學領域的前瞻性研究。

2016年8月，，我國自主研製的世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」成功升空。

2017年3月，馬雲宣布啟動阿里巴巴的「NASA計劃」，並說「現在所研究的目標是為了解決10年、20年後的困難。

2017年年初，我國「科技創新2030—重大項目」已經凝練形成了15個項目立項建議，其中量子通信和量子計算機、腦科學和類腦研究等4個項目的實施方案編製工作全面啟動。「科技創新2030—重大項目」是我國面向2030年部署的一批與國家戰略發展和人民生活緊密相關的重大科技項目，實施時間為2016年至2030年，它與2006年實施的國家科技重大專項在領域分布上有相關性，主要集中在電子信息、先進位造、能源環境、生物健康、海洋天空五大領域，而「科技創新2030—重大項目」更加註重戰略必爭、重大關鍵、前瞻引領、切實可行等方面的需求。

在電子信息領域，我國在2006年已開始實施的重大專項有核心器件、高端晶元和基礎軟體、極大規模集成電路、新一代無線寬頻移動通信等項目。這一次面向2030年，又部署了量子通信和量子計算機、網路空間安全、天地一體化信息網路和大數據四個重大項目。在先進位造領域，我國已經有高端數控機床、大飛機兩個重大專項，這次又部署了航空發動機和燃氣輪機、智能製造和機器人、重點新材料三個重大項目。

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