■本報(bào)記者 黃海華
昨天，中國(guó)科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院在上海發(fā)布重磅消息：潘建偉團(tuán)隊(duì)在去年底首次實(shí)現(xiàn)十光子糾纏操縱的基礎(chǔ)上，利用高品質(zhì)量子點(diǎn)單光子源，構(gòu)建了世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)。團(tuán)隊(duì)還聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組，實(shí)現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目（10個(gè)）超導(dǎo)量子比特的糾纏。
業(yè)內(nèi)人士普遍的共識(shí)是，當(dāng)量子計(jì)算機(jī)發(fā)展到50個(gè)量子位的時(shí)候就能夠?qū)崿F(xiàn)“量子稱(chēng)霸”，超過(guò)世界上任何傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。由潘建偉團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)，為最終實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
運(yùn)行速度超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)
這臺(tái)光量子計(jì)算機(jī)究竟長(zhǎng)啥樣？記者在光量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室里看到，這臺(tái)光量子計(jì)算機(jī)由兩個(gè)重要部分組成，一是高品質(zhì)量子點(diǎn)單光子源，它通過(guò)激光來(lái)激發(fā)量子點(diǎn)（量子點(diǎn)也被稱(chēng)為“人造原子”，具有制備可控、芯片化、容易集成等優(yōu)勢(shì)），每次產(chǎn)生一個(gè)單光子。這個(gè)單光子的性能是目前國(guó)際上最好的，其品質(zhì)甚至比世界排名第二的還要好上10至100倍。高品質(zhì)單光子的背后，得益于電子線(xiàn)路的超低損耗。國(guó)際上同類(lèi)設(shè)備在產(chǎn)生單光子時(shí)會(huì)損耗70%，只有30%可以利用。而這臺(tái)設(shè)備僅僅損耗1%，利用率高達(dá)99%。
高品質(zhì)單光子產(chǎn)生以后，通過(guò)光纖被引到可稱(chēng)之為“處理器”或“光學(xué)量子網(wǎng)絡(luò)”的地方，這正是光量子計(jì)算機(jī)的第二個(gè)重要組成部分。單光子被分成5路，進(jìn)入由上百個(gè)光學(xué)器件組成的矩陣。經(jīng)過(guò)科學(xué)家的操控后，處理結(jié)果就會(huì)顯示在計(jì)算機(jī)的屏幕上。這個(gè)“處理器”雖然樣子比較簡(jiǎn)陋，但其“玻色取樣”速度不僅比國(guó)際同行之前類(lèi)似的所有實(shí)驗(yàn)加快至少24000倍，通過(guò)和經(jīng)典算法比較，也比人類(lèi)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—100倍。
今年年底前發(fā)布量子云計(jì)算平臺(tái)
“如果求解一個(gè)億億億變量的方程組，利用世界上最快的億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)需要100年，而利用萬(wàn)億次量子計(jì)算機(jī)，只需0.01秒。”量子計(jì)算對(duì)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的大規(guī)模計(jì)算難題可以提供有效解決方案，比如密碼分析、氣象預(yù)報(bào)、藥物設(shè)計(jì)、金融分析和石油勘探等。
正是由于量子計(jì)算的巨大潛在價(jià)值，歐美各國(guó)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)。IBM計(jì)劃未來(lái)5年內(nèi)投資約30億美元，主要包括量子計(jì)算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、硅光子技術(shù)等。
昨天，中國(guó)科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院還帶來(lái)了另一個(gè)驚喜：潘建偉及其同事陸朝陽(yáng)、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組，打破了之前由谷歌、美國(guó)航天航空局和加州大學(xué)圣芭芭拉分校公開(kāi)報(bào)道的9個(gè)超導(dǎo)量子比特的操縱，實(shí)現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目（10個(gè)）超導(dǎo)量子比特的糾纏。陸朝陽(yáng)表示，預(yù)計(jì)年底可以實(shí)現(xiàn)操縱20個(gè)量子比特、達(dá)到目前商用CPU水平；到2020年，有望實(shí)現(xiàn)操縱45個(gè)量子比特的目標(biāo)，向經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力發(fā)起挑戰(zhàn)。
眼下，中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)正致力于20個(gè)超導(dǎo)量子比特樣品的設(shè)計(jì)、制備和測(cè)試，并計(jì)劃于今年年底前發(fā)布量子云計(jì)算平臺(tái)。
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