世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機3日在上海亮相，10個超導(dǎo)量子比特糾纏首次成功實現(xiàn)，中國科學(xué)家再次站在了創(chuàng)新的前沿。中國科技大學(xué)潘建偉院士及同事陸朝陽、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華研究組，在去年首次實現(xiàn)10光子糾纏操縱的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了這臺基于單光子的量子計算機。

    “從原理上說，量子計算機具有超快的并行計算和模擬能力，其計算能力隨可操縱的粒子數(shù)呈指數(shù)增長，可為經(jīng)典計算機無法解決的大規(guī)模計算難題提供有效的解決方案。一臺操縱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(jīng)典計算機分解一個300位的大數(shù)，需15萬年，而用萬億次量子計算機，則只需1秒�？梢哉f，量子計算機更擅長解決密碼分析、氣象預(yù)報、藥物設(shè)計、金融分析、石油勘探等大規(guī)模計算的難題。由于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(xié)同攻關(guān)。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(shù)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(lǐng)域始終保持著國際領(lǐng)先水平，分別在國際上率先實現(xiàn)了5光子、6光子、8光子糾纏，去年底又把紀(jì)錄刷新至10光子糾纏。在此基礎(chǔ)上，團隊利用自主研發(fā)的綜合性能國際最優(yōu)的量子點單光子源，通過電控可編程的光量子線路，構(gòu)建了針對多光子“玻色取樣”（一種用來采集玻色子散射樣本的量子算法）任務(wù)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(jīng)典算法比較，也比人類歷史上第一臺電子管計算機（ENIAC）和第一臺晶體管計算機（TRADIC）運行速度快10—100倍。

    5月2日，中國科學(xué)家的這項研究成果以長文形式在線發(fā)表于《自然·光子學(xué)》。這是歷史上第一臺超越早期經(jīng)典計算機的基于單光子的量子模擬機，為最終實現(xiàn)超越經(jīng)典計算能力的量子計算的目標(biāo)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

    在潘建偉團隊研制的量子計算機中，超導(dǎo)體系也有重大突破。2015年，谷歌、美國航空航天局和加州大學(xué)圣芭芭拉分校宣布實現(xiàn)了9個超導(dǎo)量子比特的高精度操縱。但這個紀(jì)錄在今年被中國科學(xué)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(fā)了10比特超導(dǎo)量子線路樣品，通過高精度脈沖控制和全局糾纏操作，成功實現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的超導(dǎo)量子比特的多體純糾纏。

    據(jù)了解，潘建偉團隊正致力于20個超導(dǎo)量子比特樣品的設(shè)計、制備和測試，并計劃于今年年底前發(fā)布量子云計算平臺。