埃尼阿克作為世界上第一臺(tái)經(jīng)典算法計(jì)算機(jī)，開(kāi)辟了一個(gè)屬于計(jì)算機(jī)的時(shí)代。而現(xiàn)在，這個(gè)經(jīng)典計(jì)算機(jī)時(shí)代正迎來(lái)真正的挑戰(zhàn)。
近日，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組，在基于光子和超導(dǎo)體系的量子計(jì)算機(jī)研究方面取得了兩項(xiàng)重大突破性進(jìn)展，將為量子計(jì)算時(shí)代的到來(lái)奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。今天，他們?cè)谏虾Ｐ迹澜缡着_(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)問(wèn)世。
世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)問(wèn)世
在光學(xué)體系上，該研究團(tuán)隊(duì)在2016年已實(shí)現(xiàn)國(guó)際最高水平的十光子糾纏操縱。今年，在這一基礎(chǔ)上，又利用我國(guó)自主研發(fā)的高品質(zhì)量子點(diǎn)單光子源構(gòu)建了世界首臺(tái)在性能上能夠超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的單光子量子計(jì)算機(jī)。最新實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該原型機(jī)的“玻色取樣”速度比國(guó)際同行之前所有類似的實(shí)驗(yàn)加快至少24000倍，比人類歷史上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)（ENIAC）和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)（TRADIC）運(yùn)行速度快10-100倍。
以前，量子計(jì)算速度比經(jīng)典計(jì)算機(jī)快還只是停留在理論中，而該臺(tái)原型機(jī)將這一理論變成現(xiàn)實(shí)邁出了堅(jiān)實(shí)的第一步，把量子計(jì)算機(jī)真正推向和經(jīng)典計(jì)算機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的擂臺(tái)。這是歷史上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)量子模擬機(jī)，為最終實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典計(jì)算能力的量子計(jì)算這一國(guó)際學(xué)術(shù)界稱之為“量子稱霸”的目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
打破世界紀(jì)錄實(shí)現(xiàn)10個(gè)超導(dǎo)量子比特糾纏
在超導(dǎo)體系，該研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了10比特超導(dǎo)量子線路樣品，通過(guò)高精度脈沖控制和全局糾纏操作，成功實(shí)現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的超導(dǎo)量子比特的多體純糾纏，并通過(guò)層析測(cè)量方法完整地刻畫了10比特量子態(tài)。這一成果打破了美國(guó)之前保持的9個(gè)量子比特操縱的記錄，形成了一個(gè)完整的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)，使我國(guó)在超導(dǎo)體系量子計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域也進(jìn)入世界一流水平行列。
根據(jù)計(jì)劃，潘建偉研究團(tuán)隊(duì)將計(jì)劃在今年年底實(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(cè)試，量子計(jì)算機(jī)的速度將會(huì)成指數(shù)增長(zhǎng)。
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量子計(jì)算機(jī)是指利用量子相干疊加原理，理論上具有超快的并行計(jì)算和模擬能力的計(jì)算機(jī)。隨著可操縱的粒子數(shù)的增加，量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力呈指數(shù)增長(zhǎng)，可以為經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的大規(guī)模計(jì)算難題提供有效解決方案，具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ慌_(tái)操縱50個(gè)微觀粒子的量子計(jì)算機(jī)，對(duì)一些特定問(wèn)題的處理能力甚至比超級(jí)計(jì)算機(jī)更強(qiáng)。如果現(xiàn)在經(jīng)典計(jì)算機(jī)的速度是自行車，那量子計(jì)算機(jī)的速度就好比飛機(jī)。并行計(jì)算讓量子計(jì)算機(jī)一秒鐘就可完成超級(jí)計(jì)算機(jī)幾年的計(jì)算任務(wù)，幾天內(nèi)就能解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)年時(shí)間才能處理的問(wèn)題。正是因?yàn)槠鋸V闊的發(fā)展前景，許多歐美發(fā)達(dá)國(guó)家以及大型高科技公司紛紛布局相關(guān)研究。
目前，發(fā)展這一技術(shù)的關(guān)鍵在于如何通過(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(xiàn)規(guī)模化量子比特的相干操縱。國(guó)際上學(xué)術(shù)界對(duì)于量子計(jì)算技術(shù)的研究主要基于光子、超冷原子和超導(dǎo)線路三個(gè)體系上。我國(guó)科學(xué)家日前在光子和超導(dǎo)線路上取得的重大突破，對(duì)于量子計(jì)算機(jī)的研究與應(yīng)用具有標(biāo)志性意義。