中国量子计算机创世界纪录:超谷歌实现十个超导量子比特操纵

澎湃新闻记者 王心馨 综合报道

2017-05-03 11:36 来源:澎湃新闻

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5月3日,中国科学技术大学教授、中国科学院院士潘建伟在上海宣布,中国科研团队成功构建光量子计算机,首次演示了超越早期经典计算机的量子计算能力。值得一提的是,这次演示的光量子计算机是“世界首台”,更是货真价实的“中国造”,由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共同攻关。
在此之前,潘建伟和同事一直保持着多光子纠缠态的世界纪录,他们分别于2004年、2007年、2012年在国际上首次实现对五光子、六光子、八光子纠缠的操纵,并系统性地应用于量子通信、量子计算等多个研究方向。此外,10个比特超导线路,也让该团队在超导体系打破了之前由谷歌、美国航天航空局和加州大学圣芭芭拉分校公开报道的9个超导量子比特的操纵。
量子计算机是指利用量子相干叠加原理,理论上具有超快的并行计算和模拟能力的计算机。曾有人打过一个比方:如果现在传统计算机的速度是自行车,量子计算机的速度就好比飞机。使用亿亿次的“天河二号”超级计算机求解一个亿亿亿变量的方程组,所需时间为100年。而使用一台万亿次的量子计算机求解同一个方程组,仅需0.01秒。
潘建伟团队实验测试表明,此次构建的光量子计算机原型机的取样速度比国际同行类似的实验加快至少24000倍,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倍至100倍。
潘建伟说,这台光量子计算机标志着我国在基于光子的量子计算机研究方面取得突破性进展,为最终实现超越经典计算能力的量子计算奠定了坚实基础。
据潘建伟介绍,研究团队自主研发了10比特超导量子线路样品,通过发展全局纠缠操作,成功实现了目前世界上最大数目的超导量子比特的纠缠和完整的测量。更进一步的是,研究团队利用超导量子线路演示了求解线性方程组的量子算法,证明了通过量子计算的并行性加速求解线性方程组的可行性。
2016年,潘建伟团队首次成功实现“十光子纠缠”。多粒子纠缠操纵作为量子信息处理基本能力的核心指标,近年来一直是国际学界角逐的焦点。操纵的纠缠光子数目越多,量子信息处理能力就会指数级增长,但同时实验实现的难度也急剧增加。
这让量子计算机的竞争异常激烈。谷歌、IBM和微软等公司都已发布自己的量子计算机研究计划。谷歌进入量子计算的路径是:极小的超导电路。原理是用一股无电阻电流沿电流回路来回振荡,注入的微波信号使电流兴奋,从而让它进入叠加态。此前,谷歌研究员曾表示,计划今年增加至 49 量子比特。IBM也在今年宣布推出首个量子计算云服务,这个平台由5个量子位构成。
在潘建伟看来,谷歌、IBM等公司拥有人才优势。尤其是谷歌,目前仍可以算是的量子计算机里的领头羊。但这次,研究团队通过高精度脉冲控制和全局纠缠操作实现10比特量子态的成果,使中国在超导体系量子计算机研究领域也进入世界一流水平行列。
根据计划,潘建伟的研究团队将在今年年底实现大约20个光量子比特的操纵,20个超导量子比特样品的设计、制备和测试,量子计算机的速度将会成指数增长。
校对:余承君
澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
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