世界首臺經(jīng)典算法計算機(jī)埃尼阿克(ENIAC)開辟了一個屬于計算機(jī)的時代，而現(xiàn)在以它為首的經(jīng)典計算機(jī)真正的挑戰(zhàn)來了。近日中國科學(xué)院潘建偉院士宣布，國產(chǎn)世界首臺10比特光量子計算機(jī)問世，并演示了超越早期經(jīng)典計算機(jī)的量子計算能力。
中國科學(xué)院研究組由中科院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉和同事陸朝陽、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授組成。在光學(xué)體系上，該研究團(tuán)隊在2016年已實(shí)現(xiàn)國際最高水平的十光子糾纏操縱。今年在這一基礎(chǔ)上，又利用我國自主研發(fā)的量子點(diǎn)單光子源，構(gòu)建了這臺具有10個量子位的光量子計算機(jī)，克服了以往同類型量子計算機(jī)的量子位數(shù)目受限和低采樣率的問題，計算機(jī)采用的架構(gòu)還具有繼續(xù)增加量子位數(shù)目和提高采樣率的能力。
基于單光子的量子計算原型機(jī)結(jié)構(gòu)
在超導(dǎo)體系方面，研究團(tuán)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)公開報道的九個超導(dǎo)量子比特的操縱，實(shí)現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的十個超導(dǎo)量子比特的糾纏，并在超導(dǎo)量子處理器上實(shí)現(xiàn)了快速求解線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。
十超導(dǎo)量子比特的糾纏態(tài)
實(shí)驗測試顯示，該原型機(jī)的“玻色取樣”速度比國際同行類似的實(shí)驗加快至少24000倍，通過和經(jīng)典算法比較，也比人類歷史上第一臺電子管計算機(jī)(ENIAC)和第一臺晶體管計算機(jī)(TRADIC)運(yùn)行速度快10倍至100倍。
基于超導(dǎo)量子處理器的線性方程解法演示
潘建偉說，這臺光量子計算機(jī)標(biāo)志著中國在基于光子的量子計算機(jī)研究方面取得突破性進(jìn)展，為最終實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典計算能力的量子計算奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。
業(yè)內(nèi)進(jìn)展方面，D-Wave已于2017年發(fā)布了具有2000個量子位的量子退火計算機(jī)2000Q。但由于D-Wave這一類型的計算機(jī)只能執(zhí)行“量子退火”一種算法，它的應(yīng)用受到限制，即便業(yè)內(nèi)也對D-Wave是否是真正的量子計算機(jī)有諸多爭議。MIT于2016年制造出了具有5個量子位的原子阱量子計算機(jī)，并成功用Shor算法進(jìn)行了因數(shù)分解實(shí)驗。谷歌也于2016年7月表明了自己要建立世界上第一臺超高性能量子計算機(jī)的愿景，不過目前還未看到后續(xù)進(jìn)展。
目前的量子計算機(jī)還不能完成傳統(tǒng)計算機(jī)所能完成的各種任務(wù)。存儲和計算原理不同，傳統(tǒng)計算機(jī)的每一位只能傳輸“0”或“1”中的某一個，而量子計算機(jī)可以傳輸和計算“0”或“1”的疊加態(tài)，然后對同樣處在“0”或“1”疊加態(tài)的結(jié)果進(jìn)行測量，以一定概率的概率得到結(jié)果，并配合反復(fù)測量，得到傳統(tǒng)的非疊加態(tài)結(jié)果。但某一些特定的運(yùn)算，利用量子計算機(jī)的計算特點(diǎn)可以很快解決，比如對大數(shù)進(jìn)行因子分解的Shor算法(可以用于破解傳統(tǒng)計算機(jī)加密)、量子退火算法(對復(fù)雜優(yōu)化問題進(jìn)行最值求解)、Grover量子搜索算法(在很大的集合中尋找指定的元素)，傳統(tǒng)計算機(jī)進(jìn)行類似的計算，所需時間與任務(wù)復(fù)雜度成幾何級數(shù)增加，甚至幾乎不能計算，但量子計算機(jī)所需的時間僅僅是線性增加而已。
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