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记者带你走近世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机

来源:新华网    作者:    发布时间:2017-06-05 20:01    编辑:雒婷

  图为记者在实验室近距离感受世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机(局部)。新华网 王莹 摄

  新华网上海5月4日电(王莹)量子计算机是指利用量子相干叠加原理、理论上具有超快的并行计算和模拟能力的计算机。曾有人打过一个比方:如果现在传统计算机的速度是自行车,量子计算机的速度就好比飞机。

  由于量子计算的巨大潜在价值,欧美各国都在积极整合各方面研究力量和资源,开展协同攻关,同时,大型高科技公司如谷歌、微软、IBM等也强势介入量子计算研究。

  据了解,目前,国际学术界在基于光子、超冷原子和超导线路这3种体系的量子计算技术发展上总体较为领先。也就是说,现在进展最快的有3类量子计算机:光量子计算机、超冷原子量子计算机、超导量子计算机。

  近日,中国科学技术大学潘建伟教授及其同事陆朝阳、朱晓波等,联合浙江大学王浩华教授研究组,在基于光子和超导体系的量子计算机研究方面取得了系列突破性进展。

  在光学体系方面,研究团队在去年首次实现十光子纠缠操纵的基础上,利用高品质量子点单光子源构建了世界首台超越早期经典计算机的单光子量子计算机。

  图为基于单光子的量子计算原型机结构。潘建伟教授 供图

  据了解,多粒子纠缠的操纵作为量子计算的技术制高点,一直是国际角逐的焦点。潘建伟团队在多光子纠缠领域始终保持着国际领先水平,并于2016年底把纪录刷新至十光子纠缠。在此基础上,团队利用自主发展的综合性能国际最优的量子点单光子源,通过电控可编程的光量子线路,构建了针对多光子“玻色取样”任务的光量子计算原型机。

  实验测试表明,该原型机的“玻色取样”速度不仅比国际同行类似的之前所有实验加快至少24000倍,同时,通过和经典算法比较,也比人类历史上第一台电子管计算机(ENIAC)和第一台晶体管计算机(TRADIC)运行速度快10-100倍。

  这是历史上第一台超越早期经典计算机的基于单光子的量子模拟机,为最终实现超越经典计算能力的量子计算这一国际学术界称之为“量子称霸”的目标奠定了坚实的基础。朝着这个目标,潘建伟研究团队将计划在今年年底实现大约20个光量子比特的操纵。

  图为超导量子计算机内部结构图。潘建伟教授 供图

  在超导体系方面,2015年,谷歌、美国航天航空局和加州大学圣芭芭拉分校宣布实现了9个超导量子比特的高精度操纵。这个记录在2017年被中国科学家团队首次打破。

  朱晓波、王浩华和陆朝阳、潘建伟等合作,自主研发了10比特超导量子线路样品,通过高精度脉冲控制和全局纠缠操作,成功实现了目前世界上最大数目的超导量子比特的多体纯纠缠,并通过层析测量方法完整地刻画了十比特量子态。

  研究团队利用超导量子线路演示了求解线性方程组的量子算法,证明了通过量子计算的并行性加速求解线性方程组的可行性。研究团队正在致力于20个超导量子比特样品的设计、制备和测试,并计划于今年年底前发布量子云计算平台。

  图为超导量子计算机路线图。潘建伟教授 供图

  对于量子计算机的前景,潘建伟认为,“量子计算机可以实用化,未来全世界会有很多台,但不需要家家都有。”在他看来,量子计算机可以和现有的经典计算机配合使用。以现有的手机终端为例,手机就是小型计算机,它要做成低温的量子计算机,会很难、也没有必要。“但你可以通过云计算平台,用手机把需要完成的计算任务送到云端,让后台的量子计算机来完成。”

  潘建伟表示,传统计算机能算好的问题,量子计算机不需要再去介入。量子计算机瞄准的,是传统计算机不能解决的难题。“比如玻色取样对经典计算机太难了,量子计算机在这方面就显得特别强大。”

  据潘建伟介绍,当量子计算机实用化以后,将能解决密码分析、气象预报、药物设计、金融分析、石油勘探、人工智能、大数据等领域内的难题。

  图为记者在实验室近距离感受世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机(局部)。新华网 王莹 摄

  图为记者在实验室近距离感受世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机(局部)。新华网 王莹 摄

  图为记者在实验室近距离感受世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机(局部)。新华网 王莹 摄

  图为朱晓波教授手持10比特超导量子处理器向记者介绍超导量子计算机的工作原理。新华网 王莹 摄

  图为量子计算机研究实验装置。陆朝阳教授 供图

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