世界首臺經(jīng)典算法計算機埃尼阿克(ENIAC)開辟了一個屬于計算機的時代，而現(xiàn)在以它為首的經(jīng)典計算機真正的挑戰(zhàn)來了。近日中國科學院潘建偉院士宣布，國產(chǎn)世界首臺10比特光量子計算機問世，并演示了超越早期經(jīng)典計算機的量子計算能力。
中國科學院研究組由中科院院士、中國科學技術(shù)大學教授潘建偉和同事陸朝陽、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學王浩華教授組成。在光學體系上，該研究團隊在2016年已實現(xiàn)國際最高水平的十光子糾纏操縱。今年在這一基礎(chǔ)上，又利用我國自主研發(fā)的量子點單光子源，構(gòu)建了這臺具有10個量子位的光量子計算機，克服了以往同類型量子計算機的量子位數(shù)目受限和低采樣率的問題，計算機采用的架構(gòu)還具有繼續(xù)增加量子位數(shù)目和提高采樣率的能力。
基于單光子的量子計算原型機結(jié)構(gòu)
在超導體系方面，研究團隊打破了之前由谷歌、美國國家航空航天局(NASA)和加州大學圣塔芭芭拉分校(UCSB)公開報道的九個超導量子比特的操縱，實現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的十個超導量子比特的糾纏，并在超導量子處理器上實現(xiàn)了快速求解線性方程組的量子算法。相關(guān)系列成果發(fā)表于國際學術(shù)期刊《自然—光子學》和《物理評論快報》上。
十超導量子比特的糾纏態(tài)
實驗測試顯示，該原型機的“玻色取樣”速度比國際同行類似的實驗加快至少24000倍，通過和經(jīng)典算法比較，也比人類歷史上第一臺電子管計算機(ENIAC)和第一臺晶體管計算機(TRADIC)運行速度快10倍至100倍。
基于超導量子處理器的線性方程解法演示
潘建偉說，這臺光量子計算機標志著中國在基于光子的量子計算機研究方面取得突破性進展，為最終實現(xiàn)超越經(jīng)典計算能力的量子計算奠定了堅實基礎(chǔ)。
業(yè)內(nèi)進展方面，D-Wave已于2017年發(fā)布了具有2000個量子位的量子退火計算機2000Q。但由于D-Wave這一類型的計算機只能執(zhí)行“量子退火”一種算法，它的應(yīng)用受到限制，即便業(yè)內(nèi)也對D-Wave是否是真正的量子計算機有諸多爭議。MIT于2016年制造出了具有5個量子位的原子阱量子計算機，并成功用Shor算法進行了因數(shù)分解實驗。谷歌也于2016年7月表明了自己要建立世界上第一臺超高性能量子計算機的愿景，不過目前還未看到后續(xù)進展。
目前的量子計算機還不能完成傳統(tǒng)計算機所能完成的各種任務(wù)。存儲和計算原理不同，傳統(tǒng)計算機的每一位只能傳輸“0”或“1”中的某一個，而量子計算機可以傳輸和計算“0”或“1”的疊加態(tài)，然后對同樣處在“0”或“1”疊加態(tài)的結(jié)果進行測量，以一定概率的概率得到結(jié)果，并配合反復測量，得到傳統(tǒng)的非疊加態(tài)結(jié)果。但某一些特定的運算，利用量子計算機的計算特點可以很快解決，比如對大數(shù)進行因子分解的Shor算法(可以用于破解傳統(tǒng)計算機加密)、量子退火算法(對復雜優(yōu)化問題進行最值求解)、Grover量子搜索算法(在很大的集合中尋找指定的元素)，傳統(tǒng)計算機進行類似的計算，所需時間與任務(wù)復雜度成幾何級數(shù)增加，甚至幾乎不能計算，但量子計算機所需的時間僅僅是線性增加而已。
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