中安在线5月4日讯 据安徽商报消息 世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机3日在上海亮相，十个超导量子比特纠缠首次成功实现，中国科学家再次站在了创新的前沿。 5月3日，中国科学技术大学潘建伟院士在上海宣布，我国科研团队成功构建的光量子计算机，首次演示了超越早期经典计算机的量子计算能力。实验测试表明，该原型机的取样速度比国际同行类似的实验加快至少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和第一台晶体管计算机的运行速度快10-100倍。
量子计算机未来将秒杀超级计算机
量子计算机是一种全新的基于量子理论的计算机，遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机应用的是量子比特，可以同时处在多个状态，而不像传统计算机那样只能处于0或1的二进制状态。“量子计算利用量子相干叠加原理，在原理上具有超快的并行计算和模拟能力，计算能力随可操纵的粒子数呈指数增长，可为经典计算机无法解决的大规模计算难题提供有效解决方案。”潘建伟举例说，比如，一台操纵50个微观粒子的量子计算机，对特定问题的处理能力就可超过超级计算机。
而发展量子计算技术的主要挑战，就是通过发展高精度、高效率的量子态制备与相互作用控制技术，实现规模化量子比特的相干操纵。根据各物理体系内在优势及其在实现多粒子相干操纵和纠缠方面的发展现状和潜力。 目前，国际学术界在基于光子、超冷原子和超导线路体系的量子计算和量子模拟技术发展上总体领先。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等也纷纷强势介入量子计算研究。
世界首台基于单光子的量子模拟机诞生
这其中，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。在光子体系，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，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，也比人类历史上第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机运行速度快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。”潘建伟研究团队表示，朝着这个目标，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。
我国科学家实现10个超导量子比特纠缠
在量子计算机研发的另一条技术路线即超导体系里，在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。不过，这个纪录在2017年被中国科学家团队打破。 今年，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，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。“当量子比特的操纵数量达到5个比特就能超越早期经典计算机，25个左右的时候，就能和现在的普通计算机计算能力相当。”潘建伟说，目前研究团队正在致力于20个超导量子比特量子计算机的设计、制备和测试，并计划于今年年底前发布量子云计算平台。
量子计算机何时飞入寻常百姓家？
从诞生以来，量子力学就一直在催生众多重大发明，包括原子弹、激光、晶体管、核磁共振、全球卫星定位等。量子计算机的问世，有助于解决现有计算机也难以解决的问题。
“10年内，超导量子操纵有可能做到100个粒子。到那时，它对某些特定问题的计算能力就可以达到目前全世界所有计算能力之和的100万倍，计算能力将会突飞猛进。”潘建伟说，此外量子计算机能耗更低。
专家认为，计算能力极限的大幅提升，意味着量子计算机可以分析更多数据。比如，实现精准的天气预报，躲避飓风海啸；计算优化的出行线路，让城市减少堵车；识别有效的分子组合，降低药物的研发成本和周期；甚至可以用于探索太空，较快辨别可能存有生命体的行星。 潘建伟预测，造出“专用”量子计算机，在求解材料设计、化学研究、物理研究等特别需要、特别有用的问题上超越“超级计算机”，有望在10年出现，最终还将拓展到量子人工智能领域。
