中国量子计算机研究取得重大突破

中国科学院量子信息和量子科技创新研究院3日宣布，我国科学家在基于光和超导体系的量子计算机研究方面取得重大突破：在光量子计算机研究中，建造了世界上超越早期经典计算机的光量子计算原型机；在超导量子计算机研究中，实现了世界上纠缠数目最多的超导量子比特处理器。这两项成果分别发表于国际学术期刊《自然·光子学》和《物理评论快报》上。

据中国科学技术大学常务副校长、中国科学院量子信息和量子科技创新研究院院长潘建伟院士介绍，量子计算在原理上具有超快的并行计算和模拟能力，能解决经典计算机无法解决的大规模计算难题。目前，国际学术界认为基于光子、超冷原子和超导线路体系的量子计算技术最有可能取得突破，我国在这3个方面均有世界领先的表现。

光量子计算机

潘建伟介绍，基于光子的量子计算研究是我国的传统优势，在多光子纠缠领域始终保持着国际领先水平——2016年底刷新了世界光子纠缠纪录，提升到十光子纠缠，并自主研发了世界上最高品质和最高效率的量子点单光子源。

潘建伟说：“在前期工作的基础上，我们构建了针对多光子‘玻色取样’任务的光量子计算原型机。”他解释，科学家们把“玻色取样”这一任务看成是测试计算能力的一个“竞赛项目”，“玻色取样”的计算量非常大，超级计算机难以完成。

“但光量子计算机在这方面有着突出优势。”潘建伟介绍，实验测试表明，此次发明的光量子计算机进行“玻色取样”速度，比国际同行之前类似的所有实验加快至少24000倍。同时，通过和经典算法比较，其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倍至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目标奠定了坚实基础。”潘建伟介绍，研究团队计划在今年年底实现大约20个光量子比特的操纵，“这将是光量子计算机的重大飞跃”。

超导量子计算机

潘建伟介绍，基于超导线路体系的量子计算机比较容易集成，被认为是比较容易取得突破的研究方向，也是国际量子计算机研究竞争的热点。2015年，谷歌、美国国家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。

“现在，这个纪录被我们打破了！”据潘建伟介绍，由中国科学技术大学教授陆朝阳、朱晓波、潘建伟，浙江大学教授王浩华等合作，自主研发了10比特超导量子比特处理器，“可以简单类比为传统电脑的芯片”，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10比特量子态。

同时，研究团队用这一处理器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。“药物筛选、星体运动规律、气象预报等很多问题其实都可以归结为线性方程问题。而这也就说明，基于超导线路体系的量子计算机有很强的应用前景。”

潘建伟介绍，研究团队目前正致力于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。“我们预计10年左右能够实现对100个粒子的相干操纵，其针对某些特定问题的计算能力是目前全世界计算能力总和的百万倍。对此，我们很有信心！”