中國量子計算機進展：遠超世界同行 未來秒殺超級計算機

3日，潘建偉院士在中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院舉行的新聞發(fā)布會上介紹“超導量子計算機路線圖”。/新華社

世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算機3日在上海亮相，十個超導量子比特糾纏首次成功實現(xiàn)，中國科學家再次站在了創(chuàng)新的前沿。

一個世紀前，那場關于“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；進入21世紀，量子通信、量子計算等核心技術飛速發(fā)展，一場新的量子革命正在到來。

微觀世界的運行，遠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絡……中國“量子人”一系列突破性進展，在量子革命的發(fā)展史上，標注下新的印記。

未來秒殺超級計算機

芯片越來越小，傳統(tǒng)計算機未來必將遭遇計算極限。求解一個億億億變量（10的24次方）的方程組，利用目前的超級計算機大約需要100年。而對類似這樣的大規(guī)模計算難題，如果借助萬億次量子計算機，只需0.01秒。

全新的量子計算機利用量子特有的“疊加狀態(tài)”，以采取并行計算的方式，讓速度以指數量級地提升。中國科學技術大學潘建偉院士和陸朝陽教授等研制的光量子計算機，已經比人類歷史上第一臺電子管計算機和第一臺晶體管計算機運行速度快10倍至100倍。

據介紹，關于量子計算研究的系列成果已經發(fā)表于《自然·光子學》等國際權威學術期刊上。“這意味著，中國科學家研制出了量子計算領域的埃尼亞克（第一臺電子管計算機ENIAC）。”《自然·光子學》的審稿人表示。

潘建偉說，在量子計算基礎研究領域，就計算能力而言，科學界有三個達成共識的指標性節(jié)點：第一步超越首臺經典計算機，第二步超越商用CPU，第三步超越超級計算機。“目前我們實現(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，預計年底可以實現(xiàn)操縱20個量子比特、達到目前商用CPU水平；到2020年，有望實現(xiàn)操縱45個量子比特的目標，向經典超級計算機的計算能力發(fā)起挑戰(zhàn)。

歐美整合研究力量布局

由于量子計算的巨大潛在價值，歐美各國都在積極整合各方面研究力量和資源，開展協(xié)同攻關，大型高科技公司如谷歌、微軟、IBM 等也強勢介入量子計算研究。

來自中國科學院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院的信息顯示，國際學術界關于量子計算技術的發(fā)展，集中于光子、超冷原子和超導線路這三個研究體系。其中，在光子體系，潘建偉團隊在國際上率先實現(xiàn)了五光子、六光子、八光子和十光子糾纏，一直保持國際領先水平，其“多光子糾纏及干涉度量”項目獲得2015年度國家自然科學獎一等獎。

“最快帶來實際價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量子計算，谷歌、IBM都在投入大量資源，積極布局。”潘建偉說。

2015年，谷歌、美國航天航空局和加州大學圣芭芭拉分校宣布實現(xiàn)了9個超導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)合浙江大學王浩華教授研究組，首次實現(xiàn)10個超導量子比特的糾纏，在基于超導體系的量子計算機研究方面取得突破性進展。

不過，由于高精度量子操控技術的極端復雜性，目前對其的研究仍處在早期發(fā)展階段。“量子計算機就像初生的嬰兒，未來最終會長成什么樣子，對整個科學界還是個未知數。”潘建偉說。