世界首臺超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)已在中國誕生，中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院5月3日在上海發(fā)布的這個消息驚動了世界。
這是一臺什么樣的計(jì)算機(jī)？傳說中可“秒殺”現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)何時(shí)能走入現(xiàn)實(shí)？請看《經(jīng)濟(jì)日報(bào)》記者從上海發(fā)回的報(bào)道。
中國量子：奠定“量子稱霸”基礎(chǔ)
什么是量子計(jì)算機(jī)？當(dāng)某個物理裝置運(yùn)算、存儲和處理的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。
量子計(jì)算機(jī)是國際研究熱點(diǎn)，世界各國的科學(xué)家們?yōu)橹O(shè)計(jì)了多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑，其中，國際學(xué)術(shù)界在基于光子、超冷原子和超導(dǎo)線路這3種體系的量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展上總體較為領(lǐng)先。也就是說，現(xiàn)在進(jìn)展最快的有3類量子計(jì)算機(jī)：光量子計(jì)算機(jī)、超冷原子量子計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。
我國科學(xué)家5月3日發(fā)布的量子計(jì)算機(jī)成果，其實(shí)是兩個，分別屬于光量子計(jì)算機(jī)和超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)范疇。
在光量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、陸朝陽教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，研制出一種操控5個粒子（即5個光量子比特）的光量子計(jì)算原型機(jī)，在完成“玻色取樣”任務(wù)時(shí)，它的速度不僅比國際同行之前所有類似實(shí)驗(yàn)的最高紀(jì)錄加快至少24000倍，同時(shí)，通過和經(jīng)典算法比較，也比人類歷史上第一臺電子管計(jì)算機(jī)ENIAC和第一臺晶體管計(jì)算機(jī)TRADIC的運(yùn)行速度快10倍—100倍。
“玻色取樣”是計(jì)算復(fù)雜度隨著粒子數(shù)的增加而指數(shù)增長的一類數(shù)學(xué)問題，特別適合用量子計(jì)算機(jī)來計(jì)算。
“與我們這臺超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算原型機(jī)比起來，之前報(bào)道過的同類量子計(jì)算機(jī)只是沒法實(shí)用的游戲機(jī)。”潘建偉說。
5月2日，該研究成果以長文的形式在線發(fā)表于《自然·光子學(xué)》。審稿人評價(jià)稱，中國科學(xué)家“建造出了第一代量子計(jì)算機(jī)，是量子計(jì)算機(jī)中的ENIAC”（ENIAC是人類歷史上第一臺電子管計(jì)算機(jī)）。
國際學(xué)術(shù)界將量子計(jì)算機(jī)計(jì)算能力超過現(xiàn)有經(jīng)典超級計(jì)算機(jī)的目標(biāo)，稱為“量子稱霸”。中國的這臺光量子計(jì)算機(jī)，是人類歷史上第一臺超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子模擬機(jī)，為人類最終實(shí)現(xiàn)“量子稱霸”目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
“玻色取樣”任務(wù)中，目前最快的超級計(jì)算機(jī)能處理約45個粒子。“我們計(jì)劃在今年年底實(shí)現(xiàn)大約20個光量子比特的操縱，對玻色取樣問題的計(jì)算能力就能超越現(xiàn)有最好的商用CPU電子計(jì)算機(jī)。”潘建偉說。
在超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，我國科學(xué)家也取得了重大突破。
在超導(dǎo)體系，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(shí)現(xiàn)了9個超導(dǎo)量子比特的高精度操縱。這個記錄在2017年被中國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次打破。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授朱曉波、浙江大學(xué)教授王浩華的研究團(tuán)隊(duì)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，成功實(shí)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，并通過層析測量方法完整地刻畫了10比特量子態(tài)。
“簡單地說，我們做出了10個量子的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)CPU芯片，并用它演示了求解線性方程組的量子算法，證明了通過量子計(jì)算的并行性加速求解線性方程組的可行性。”朱曉波告訴記者，相關(guān)量子算法的成果已經(jīng)過審，即將發(fā)表于《物理評論快報(bào)》。目前研究團(tuán)隊(duì)正在致力于20個超導(dǎo)量子比特樣品的設(shè)計(jì)、制備和測試，并計(jì)劃于今年年底前發(fā)布量子云計(jì)算平臺。
