我国量子计算机超越早期经典计算机

近日，中国科学技术大学潘建伟教授及其同事陆朝阳、朱晓波等，联合浙江大学王浩华教授研究组，成功构建了世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机。中国科学院量子信息和量子科技创新研究院今日在上海举行新闻发布会，介绍了这一研究进展。

“量子计算机在求解某类特定问题上具有巨大的优势。”中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟介绍，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。

“比方说，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可超过超级计算机。”潘建伟介绍，发展量子计算技术的主要挑战通过发展高精度、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。

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 等也强势介入量子计算研究。潘建伟介绍，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技术发展上总体进展较快。

在各个路线的较量中，“多粒子纠缠的操纵”作为量子计算的核心资源，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，通过电控可编程的光量子线路，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类似的之前所有实验加快至少 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（ENIAC）和第一台晶体管计算机（TRADIC）运行速度快 10-100 倍。5 月 2 日，该研究成果以长文的形式在线发表于《自然光子学》。

“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。”潘建伟说。

量子计算机的研发有着不同的技术路线，记者在发布会上还了解到，团队不仅是在光量子体系的研究中领先，同时还在超导体系的研究中也几乎同时取得了突破性进展。研究团队打破了之前由谷歌、NASA 和 UCSB 公开报道的九个超导量子比特的操纵，实现了目前世界上最大数目（十个）超导量子比特的纠缠，并在超导量子处理器上实现了快速求解线性方程组的量子算法。成果即将发表于《物理评论快报》。

“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。”潘建伟透露，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，供科学家“体验”量子计算。

潘建伟预计，今年年底前将实现 20 比特的量子纠缠，到 2020 年左右，能够达到 50 个左右的纠缠，诞生实现“量子称霸”的超导计算机。“这是一个比较可靠的计划。”潘建伟说。