*

upload_article_image

世界首台量子計算機誕生

中國科學院5月3日在上海舉行新聞發布會,宣佈世界上第一台光量子計算機誕生。中國科學院一共展示了兩個量子計算機的原型,一個基於超導線路,一個基於光子學。

 

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式增長,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。

 

量子計算機原型機展示(網上圖片)

量子計算機原型機展示(網上圖片)

 

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單車,那量子計算機的速度就是飛機。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,幾日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,許多國家以及大型高科技公司都耗費巨資開展相關研究。

 

目前,發展這一技術的關鍵在於如何通過發展高精度、高效率的量子態制備與相互作用控制技術,實現規模化量子位元的相干操縱。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。

 

中國量子計算機實驗室(網上圖片)

中國量子計算機實驗室(網上圖片)

 

中國科學院發佈的兩台量子計算原型機,是中國科學技術大學教授潘建偉及其同事陸朝陽、朱曉波等,聯合浙江大學教授王浩華研究組合作研究的成果。他們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重大意義。

 

在光量子計算方面,潘建偉團隊利用自主研發的量子點單光子源,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2,4萬倍。該研究成果5月2日發表於期刊《自然光子學》(Nature Photonics)的網站上。同時,通過和經典算法比較,該原型機也比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。過往理論上量子計算速度比經典計算機快,而這台原型機將理論變成了現實。

 

光量子計算機線路圖(網上圖片)

光量子計算機線路圖(網上圖片)

 

有關光量子計算機的多粒子糾纏操縱,是量子計算的技術尖端,國際上眾多科研機構都在爭相突破該領域。在光子體系,潘建偉教授的團隊率先實現了五光子、六光子、八光子和十光子糾纏,保持在國際領先水平。而在超導體系,Google公司、美國航天航空局和加州大學聖芭芭拉分校於2015年宣佈實現了9個超導量子位元的高精度操縱,這一紀錄亦被潘建偉教授的團隊打破。

 

團隊在超導體系自主研發的10位元超導量子線路原型機,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位元的多體純糾纏,並通過層析測量方法完整地刻畫了10位元量子態。團隊還進一步利用超導量子線路演示了求解線性方程組的量子算法,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。相關研究成果即將發表於國際期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)。

 

中國量子計算機實驗室(網上圖片)

中國量子計算機實驗室(網上圖片)

 

潘建偉團隊計劃在今年年底實現大約20個光量子位元的操縱,完成20個超導量子位元原型機的設計、制備和測試。

科技控

** 博客文章文責自負,不代表本公司立場 **