中國科學院日前宣(xuan)布，在量子計算機(ji)研究方面取得了突破性進(jin)展，構建出世(shi)界上第(di)一臺超越早期經典計算機(ji)的(de)光量子計算機(ji)。

位于上海的(de)(de)中科院(yuan)量子(zi)信息和量子(zi)科技創新研究院(yuan)實驗室內(nei)，三平方米的(de)(de)工(gong)作臺上成(cheng)(cheng)百上千密密麻(ma)麻(ma)元器件組成(cheng)(cheng)的(de)(de)這(zhe)臺光量子(zi)計(ji)算(suan)機，與人們平日使用的(de)(de)計(ji)算(suan)機毫無相似之處。盡管這(zhe)個量子(zi)計(ji)算(suan)機的(de)(de)“嬰兒”還不如你握著的(de)(de)手機運算(suan)速度快，但(dan)著名物理(li)學(xue)家、中國科學(xue)院(yuan)院(yuan)士潘建偉說，它(ta)是量子(zi)計(ji)算(suan)機打(da)敗經(jing)典(dian)超(chao)級計(ji)算(suan)機征途中“非常重(zhong)要的(de)(de)一大(da)步。”

近年來，傳統計算(suan)機的(de)性能增長越(yue)來越(yue)困難。探索全新物理(li)原理(li)的(de)高性能計算(suan)技術的(de)需求應(ying)運而(er)生。科(ke)學家(jia)認為，量子計算(suan)機會成(cheng)為未來科(ke)技的(de)引擎，是打開無限可能性的(de)鑰匙。一(yi)些經典算(suan)法(fa)不可能完成(cheng)的(de)任(ren)務，量子算(suan)法(fa)卻可以輕松搞定。如(ru)果將未來的(de)量子計算(suan)機比作大學教授，今天所謂超級計算(suan)機的(de)能力(li)甚至還比不上剛上幼兒(er)園的(de)小班兒(er)童(tong)。

潘建(jian)偉介紹，量子(zi)計算(suan)(suan)利用量子(zi)態的(de)(de)(de)疊(die)加性質，可以實(shi)現計算(suan)(suan)能力(li)的(de)(de)(de)飛躍。現在(zai)計算(suan)(suan)機的(de)(de)(de)運算(suan)(suan)單位(wei)比(bi)特(te)只有0和1這兩種狀(zhuang)態，但量子(zi)計算(suan)(suan)機中(zhong)可以處在(zai)0和1的(de)(de)(de)疊(die)加態上。如果操縱的(de)(de)(de)量子(zi)數目增多，它就(jiu)會以指(zhi)數級增長(chang)來提升計算(suan)(suan)機的(de)(de)(de)運算(suan)(suan)速度。

但科學家(jia)說，在可預見的(de)將來(lai)，量子(zi)計(ji)算機(ji)并不(bu)會替代(dai)人(ren)們桌上(shang)的(de)電(dian)腦(nao)和口袋里的(de)手機(ji)，它更不(bu)是用(yong)來(lai)玩網絡(luo)游戲和發微(wei)信(xin)的(de)。量子(zi)計(ji)算機(ji)實際(ji)上(shang)是用(yong)來(lai)處(chu)理一些經典電(dian)子(zi)計(ji)算機(ji)的(de)老(lao)大(da)難問題。

“比如，有一類問(wen)題(ti)叫‘玻色取(qu)樣’，它的(de)(de)計(ji)算復雜度(du)是(shi)隨著粒子(zi)(zi)數(shu)的(de)(de)增加而指數(shu)增長的(de)(de)。”中國(guo)科學(xue)技(ji)術大學(xue)陸朝陽教授解釋說：“這(zhe)是(shi)被稱為(wei)‘量(liang)(liang)子(zi)(zi)稱霸’的(de)(de)任務，科學(xue)家最(zui)初設計(ji)這(zhe)個問(wen)題(ti)的(de)(de)動(dong)機就是(shi)為(wei)了顯示量(liang)(liang)子(zi)(zi)計(ji)算機的(de)(de)能(neng)力，跟經(jing)典的(de)(de)計(ji)算機競賽，看(kan)看(kan)誰跑得快(kuai)。”

專家估計，一臺操縱50個微觀粒(li)子的(de)量(liang)(liang)子計算機，對“玻色取樣”這類(lei)特定問題的(de)處(chu)理能(neng)(neng)力可秒(miao)殺(sha)目前最強大(da)的(de)超(chao)級(ji)計算機。如(ru)果(guo)操縱100個量(liang)(liang)子，其計算能(neng)(neng)力可能(neng)(neng)比目前最強大(da)的(de)超(chao)級(ji)計算機快百(bai)億億倍。如(ru)果(guo)將(jiang)來(lai)能(neng)(neng)夠(gou)做(zuo)到1000個量(liang)(liang)子以(yi)上，科(ke)學(xue)家也許就可以(yi)研究意識是怎(zen)么產生(sheng)的(de)，或許能(neng)(neng)催生(sheng)強大(da)到無法想象的(de)人(ren)工智能(neng)(neng)。

不過，迄今為(wei)止(zhi)，世界(jie)上還沒有真正意義上的量子計算機。但世界(jie)各地的許(xu)多(duo)實(shi)驗室正在以(yi)巨(ju)大的熱情追尋(xun)著這個夢想(xiang)。

目前，中國(guo)科學(xue)技術大(da)學(xue)潘建偉團隊在三個(ge)很有希望的方向努力推(tui)進(jin)：光子量子計(ji)算、超(chao)冷原子量子計(ji)算和超(chao)導量子計(ji)算。

近日(ri)，潘建偉及其同事聯合浙(zhe)江大學王(wang)浩(hao)華(hua)教授研究(jiu)組，在基(ji)于光子和超導(dao)體系的量子計(ji)算機(ji)研究(jiu)方面取得(de)了系列突破性進(jin)展(zhan)。

據介紹，多(duo)粒子(zi)(zi)糾纏的(de)操(cao)縱作為量子(zi)(zi)計(ji)算的(de)技術制高點，一直(zhi)是國際(ji)角逐的(de)焦點。潘建偉團隊(dui)在多(duo)光(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)糾纏領(ling)域始(shi)終保(bao)持(chi)著國際(ji)領(ling)先(xian)水平，并于2016年底(di)把紀錄刷新(xin)至十光(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)糾纏。在此基礎上，潘建偉團隊(dui)利用(yong)自主發展的(de)綜合性(xing)能(neng)國際(ji)最優的(de)量子(zi)(zi)點單光(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)源，通過(guo)電控(kong)可編程的(de)光(guang)(guang)(guang)量子(zi)(zi)線(xian)路，構建了針對多(duo)光(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)“玻色取(qu)樣”任務的(de)光(guang)(guang)(guang)量子(zi)(zi)計(ji)算原型機。

據悉，中國科學(xue)家(jia)下一步目標(biao)是在年底實現大約20個光量(liang)子比特(te)的(de)操(cao)(cao)縱(zong)，并致力于20個超導量(liang)子比特(te)樣品的(de)設計、制備和測試(shi)；到(dao)(dao)2020年，希望能夠達到(dao)(dao)50個左右量(liang)子比特(te)的(de)操(cao)(cao)縱(zong)，并能夠研制超導量(liang)子計算機(ji)。

“我認為10年之內做到100個(ge)量子(zi)比特的(de)操縱沒有問題，它的(de)計(ji)算能力可以達到現在全(quan)世界計(ji)算能力總合(he)的(de)百萬倍(bei)。”潘建偉說。