量子計(jì)算機(jī)中國(guó)造　“速度革命”新飛躍

——量子時(shí)代的探尋與追問

5月3日，一名科研人員在中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院上海實(shí)驗(yàn)室內(nèi)調(diào)整操作臺(tái)上的激光干擾器。新華社記者 方喆 攝

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)3日在上海亮相，十個(gè)超導(dǎo)量子比特糾纏首次成功實(shí)現(xiàn)，中國(guó)科學(xué)家再次站在了創(chuàng)新的前沿。

一個(gè)世紀(jì)前，那場(chǎng)關(guān)于“上帝到底擲不擲骰子”的愛因斯坦－玻爾論戰(zhàn)，為人類開啟了量子世界之門；進(jìn)入21世紀(jì)，量子通信、量子計(jì)算等核心技術(shù)飛速發(fā)展，一場(chǎng)新的量子革命正在到來。

微觀世界的運(yùn)行，遠(yuǎn)比人類想象得更神秘。世界首顆量子通信衛(wèi)星、十光子糾纏、天地一體化量子通信網(wǎng)絡(luò)……中國(guó)“量子人”一系列突破性進(jìn)展，在量子革命的發(fā)展史上，標(biāo)注下新的印記。

新版“神算子”有多神？——未來將秒殺超級(jí)計(jì)算機(jī)

芯片越來越小，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)未來必將遭遇計(jì)算極限。求解一個(gè)億億億變量（10的24次方）的方程組，利用目前的超級(jí)計(jì)算機(jī)，大約需要100年。而對(duì)類似這樣的大規(guī)模計(jì)算難題，如果借助萬億次量子計(jì)算機(jī)，只需0.01秒。

全新的量子計(jì)算機(jī)利用量子特有的“疊加狀態(tài)”，以采取并行計(jì)算的方式，讓速度以指數(shù)量級(jí)地提升。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士和陸朝陽教授等研制的光量子計(jì)算機(jī)，已經(jīng)比人類歷史上第一臺(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倍至100倍。

據(jù)介紹，關(guān)于量子計(jì)算研究的系列成果已經(jīng)發(fā)表于《自然·光子學(xué)》等國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上?！斑@意味著，中國(guó)科學(xué)家研制出了量子計(jì)算領(lǐng)域的埃尼亞克（第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)ENIAC）?！薄蹲匀弧す庾訉W(xué)》的審稿人表示。

潘建偉說，在量子計(jì)算基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，就計(jì)算能力而言，科學(xué)界有三個(gè)達(dá)成共識(shí)的指標(biāo)性節(jié)點(diǎn)：第一步超越首臺(tái)經(jīng)典計(jì)算機(jī)，第二步超越商用CPU，第三步超越超級(jí)計(jì)算機(jī)?！澳壳拔覀儗?shí)現(xiàn)的只是其中的第一步，但這一小步卻是重要的一步。”

陸朝陽表示，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)。

全球角力場(chǎng)有幾多？——?dú)W美投入數(shù)十億美元布局

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，開展協(xié)同攻關(guān)，大型高科技公司如谷歌、微軟、IBM等也強(qiáng)勢(shì)介入量子計(jì)算研究。

來自中國(guó)科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院的信息顯示，國(guó)際學(xué)術(shù)界關(guān)于量子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，集中于光子、超冷原子和超導(dǎo)線路這三個(gè)研究體系。其中，在光子體系，潘建偉團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了五光子、六光子、八光子和十光子糾纏，一直保持國(guó)際領(lǐng)先水平，其“多光子糾纏及干涉度量”項(xiàng)目獲得2015年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

“最快帶來實(shí)際價(jià)值的體系是超冷原子量子模擬，將來很可能集成化的是超導(dǎo)量子計(jì)算，谷歌、IBM都在投入大量資源，積極布局?！迸私▊フf。

2015年，谷歌、美國(guó)航天航空局和加州大學(xué)圣芭芭拉分校宣布實(shí)現(xiàn)了9個(gè)超導(dǎo)量子比特的高精度操縱。此次，潘建偉及其同事朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組，首次實(shí)現(xiàn)10個(gè)超導(dǎo)量子比特的糾纏，在基于超導(dǎo)體系的量子計(jì)算機(jī)研究方面取得突破性進(jìn)展。

不過，由于高精度量子操控技術(shù)的極端復(fù)雜性，目前對(duì)其的研究仍處在早期發(fā)展階段?！傲孔佑?jì)算機(jī)就像初生的嬰兒，未來最終會(huì)長(zhǎng)成什么樣子，對(duì)整個(gè)科學(xué)界還是個(gè)未知數(shù)。”潘建偉說。