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世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機在我國誕生

來(lái)源:Linke日期:2017/5/5 10:25:04

      5月3日,中國科學(xué)院在上海召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì ),宣布世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機在我國誕生。

      中科院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉及其同事陸朝陽(yáng)、朱曉波等,聯(lián)合浙江大學(xué)教授王浩華研究組,近期在基于光子和超導體系的量子計算機研究方面取得了系列突破性進(jìn)展。在光學(xué)體系方面,研究團隊在2016年首次實(shí)現十光子糾纏操縱的基礎上,利用高品質(zhì)量子點(diǎn)單光子源構建了世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的單光子量子計算機。在超導體系方面,研究團隊打破了之前由谷歌、美國國家航空航天局(NASA)和加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校(UCSB)公開(kāi)報道的九個(gè)超導量子比特的操縱,實(shí)現了目前世界上最大數目的十個(gè)超導量子比特的糾纏,并在超導量子處理器上實(shí)現了快速求解線(xiàn)性方程組的量子算法。相關(guān)系列成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然-光子學(xué)》和《物理評論快報》上。

      量子計算利用量子相干疊加原理,在原理上具有超快的并行計算和模擬能力,計算能力隨可操縱的粒子數呈指數增長(cháng),可為經(jīng)典計算機無(wú)法解決的大規模計算難題提供有效解決方案。一臺操縱50個(gè)微觀(guān)粒子的量子計算機,對特定問(wèn)題的處理能力可超過(guò)超級計算機。量子計算技術(shù)主要通過(guò)發(fā)展高精度、高效率的量子態(tài)制備與相互作用控制技術(shù),實(shí)現規?;孔颖忍氐南喔刹倏v。由于其巨大的潛在價(jià)值,歐美各國都在積極整合各方面研究力量和資源,開(kāi)展協(xié)同攻關(guān),同時(shí),谷歌、微軟、IBM等大型高科技公司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(diǎn),一直是國際角逐的焦點(diǎn)。在光子體系方面,潘建偉團隊在多光子糾纏領(lǐng)域始終保持著(zhù)國際領(lǐng)先水平,并于2016年底把紀錄刷新至十光子糾纏。在此基礎上,團隊利用自主發(fā)展的綜合性能?chē)H最優(yōu)的量子點(diǎn)單光子源,通過(guò)電控可編程的光量子線(xiàn)路,構建了針對多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計算原型機。實(shí)驗測試表明,該原型機的“玻色取樣”不僅比之前國際同行所有類(lèi)似實(shí)驗提速至少24000倍,同時(shí),通過(guò)和經(jīng)典算法比較,也比人類(lèi)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,該研究成果以長(cháng)文的形式在線(xiàn)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(shí)現超越經(jīng)典計算能力的量子計算這一被國際學(xué)術(shù)界稱(chēng)為“量子稱(chēng)霸”的目標,奠定了堅實(shí)的基礎。朝著(zhù)這一目標,潘建偉團隊計劃在今年年底實(shí)現大約20個(gè)光量子比特的操縱。

      在超導體系方面,2015年,谷歌、NASA和UCSB宣布實(shí)現了9個(gè)超導量子比特的高精度操縱,這一記錄在2017年被中國科學(xué)家團隊首次打破。朱曉波、王浩華和陸朝陽(yáng)、潘建偉等合作,自主研發(fā)了10比特超導量子線(xiàn)路樣品,通過(guò)高精度脈沖控制和全局糾纏操作,成功實(shí)現了目前世界上最大數目的超導量子比特的多體純糾纏,并通過(guò)層析測量方法完整地刻畫(huà)了十比特量子態(tài)。研究團隊進(jìn)一步利用超導量子線(xiàn)路演示了求解線(xiàn)性方程組的量子算法,證明了通過(guò)量子計算的并行性加速求解線(xiàn)性方程組的可行性,相關(guān)成果即將發(fā)表于《物理評論快報》。研究團隊目前正致力于20個(gè)超導量子比特樣品的設計、制備和測試,并計劃于今年年底前發(fā)布量子云計算平臺。

      上述工作由中國科大、浙江大學(xué)、中科院物理研究所等協(xié)同完成,受到中科院-阿里巴巴量子計算實(shí)驗室、國家自然科學(xué)基金委、科技部和教育部2011計劃等資助。

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