5月3日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授,、中國科學(xué)院院士潘建偉在上海宣布,，中國科研團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建光量子計(jì)算機(jī)，首次演示了超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算能力,。
據(jù)潘建偉介紹，這次實(shí)驗(yàn)最重要的是實(shí)現(xiàn)了兩大突破：首先，這是由中國科研團(tuán)隊(duì)完成的世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī),；其次，這也是世界上糾纏數(shù)目最多（10個(gè)）的超導(dǎo)量子比特處理器,。
這兩大突破背后有何意義,？量子計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)有何不同？以及,，在量子計(jì)算領(lǐng)域,，中國與其他國家相比實(shí)力如何？在當(dāng)天的新聞發(fā)布會(huì)上,，潘建偉教授用15張PPT作了解釋,。澎湃新聞獲得授權(quán)轉(zhuǎn)發(fā)。
在理解量子計(jì)算機(jī)之前,，我們首先需要知道什么是量子糾纏和量子疊加原理,。按照經(jīng)典計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)原理，科學(xué)家們在傳統(tǒng)芯片的晶體管中,，用0和1的二進(jìn)制來表示信息,。但在量子力學(xué)的世界里，依據(jù)量子的物理性質(zhì),，它能夠呈現(xiàn)疊加狀態(tài),，能同時(shí)表示0和1,。處于疊加態(tài)的量子比特能以一種叫做量子糾纏的現(xiàn)象相互聯(lián)系，簡單來說,，就是一個(gè)量子比特的行為能瞬間影響到另一個(gè)量子比特,。
依據(jù)量子比特的特殊性，著名物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼最早提出了量子計(jì)算機(jī),。按照他當(dāng)時(shí)的設(shè)想,，如果用量子系統(tǒng)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)來模擬量子現(xiàn)象，運(yùn)算時(shí)間可大幅度減少,。量子計(jì)算機(jī)的概念從此誕生,。
費(fèi)曼對量子計(jì)算機(jī)概念的闡述還有個(gè)經(jīng)典的應(yīng)用場景描述：你被要求5分鐘內(nèi)在國會(huì)圖書館某一本書的某頁上找到一個(gè)大寫字母“X”，這幾乎是不可能的,，因?yàn)槟抢镉?000萬冊書,。但是如果你處于5000萬個(gè)平行現(xiàn)實(shí)中，每個(gè)現(xiàn)實(shí)都可以查看不同的書籍,，那么你肯定能在其中某個(gè)現(xiàn)實(shí)中找到這個(gè)“X”,。在這個(gè)假設(shè)中，普通計(jì)算機(jī)就像是前一種情形中瘋子般的那個(gè)你,，需要在5分鐘內(nèi)找遍盡可能多的書,。而量子計(jì)算機(jī)卻能復(fù)制出5000萬個(gè)你，每個(gè)只需翻找一本書即可,。
正是因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)有如此“神奇”的作用,，除了中國在該領(lǐng)域有研究投入外，美國和歐洲的政府部門,、大型科技公司和前沿實(shí)驗(yàn)室都對量子計(jì)算產(chǎn)生了極大的興趣,。
谷歌、IBM和微軟等公司都已發(fā)布各自的量子計(jì)算機(jī)研究計(jì)劃,。毫無疑問,，目前谷歌仍是量子計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。此前,，谷歌曾宣布將在今年推出49 量子比特的量子計(jì)算機(jī),。
潘建偉團(tuán)隊(duì)的此次實(shí)驗(yàn)，使得中國的超導(dǎo)體系量子計(jì)算機(jī)研究,，進(jìn)入世界一流水平行列,。首先，這次的光量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)的取樣速度比國際同行類似的實(shí)驗(yàn)加快至少24000倍,；通過和經(jīng)典算法比較,，這也比人類歷史上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度快10倍至100倍。
另外，這次研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了10比特超導(dǎo)量子線路樣品,，通過發(fā)展全局糾纏操作,，成功實(shí)現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的超導(dǎo)量子比特的糾纏和完整的測量。更進(jìn)一步的是,，研究團(tuán)隊(duì)利用超導(dǎo)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(jì)算的并行性加速求解線性方程組的可行性,。
10個(gè)比特超導(dǎo)線路,，也讓該團(tuán)隊(duì)在超導(dǎo)體系打破了之前由谷歌、美國航天航空局和加州大學(xué)圣芭芭拉分校創(chuàng)下的9個(gè)超導(dǎo)量子比特的操縱記錄,。
2016年,，潘建偉團(tuán)隊(duì)首次成功實(shí)現(xiàn)“十光子糾纏”。多粒子糾纏操縱作為量子信息處理基本能力的核心指標(biāo),，近年來一直是國際學(xué)界角逐的焦點(diǎn),。操縱的糾纏光子數(shù)目越多，量子信息處理能力就會(huì)呈指數(shù)增長,，但同時(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的難度也急劇增加,。
經(jīng)過努力，潘建偉教授及其同事陸朝陽,、朱曉波等,，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組，把比特?cái)?shù)目擴(kuò)展到10個(gè),，并制備了10比特的糾纏GHZ態(tài),，保真度大于66%，據(jù)介紹,，在目前公開的結(jié)果中,，這是超導(dǎo)量子比特系統(tǒng)中糾纏的數(shù)目最多的。
從最初的3比特,，到5比特,，到6比特，再到如今的10比特,，潘建偉說,，此次測試的成功標(biāo)志著中國在超導(dǎo)量子比特集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制備、控制與測量等各方面都打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),。根據(jù)計(jì)劃,，潘建偉的研究團(tuán)隊(duì)將在今年年底實(shí)現(xiàn)大約20個(gè)光量子比特的操縱，20個(gè)超導(dǎo)量子比特樣品的設(shè)計(jì),、制備和測試,，量子計(jì)算機(jī)的速度將會(huì)成指數(shù)增長。