據(jù)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)潘建偉院士介紹，量子計(jì)算在原理上具有超快的并行計(jì)算和模擬能力，能解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的大規(guī)模計(jì)算難題。目前，國(guó)際學(xué)術(shù)界認(rèn)為基于光子、超冷原子和超導(dǎo)線路體系的量子計(jì)算技術(shù)最有可能取得突破，我國(guó)在這3個(gè)方面均有世界領(lǐng)先的表現(xiàn)。

潘建偉介紹，基于光子的量子計(jì)算研究是我國(guó)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，在多光子糾纏領(lǐng)域始終保持著國(guó)際領(lǐng)先水平——2016年底刷新了世界光子糾纏紀(jì)錄，提升到十光子糾纏，并自主研發(fā)了世界上最高品質(zhì)和最高效率的量子點(diǎn)單光子源。

潘建偉說：“在前期工作的基礎(chǔ)上，我們構(gòu)建了針對(duì)多光子‘玻色取樣’任務(wù)的光量子計(jì)算原型機(jī)。”他解釋，科學(xué)家們把“玻色取樣”這一任務(wù)看成是測(cè)試計(jì)算能力的一個(gè)“競(jìng)賽項(xiàng)目”，“玻色取樣”的計(jì)算量非常大，超級(jí)計(jì)算機(jī)難以完成。

“但光量子計(jì)算機(jī)在這方面有著突出優(yōu)勢(shì)。”潘建偉介紹，實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，此次發(fā)明的光量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行“玻色取樣”速度，比國(guó)際同行之前類似的所有實(shí)驗(yàn)加快至少24000倍。同時(shí)，通過和經(jīng)典算法比較，其比人類歷史上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)（ENIAC）和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)（TRADIC）運(yùn)行速度快10倍至100倍。

“這是歷史上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的基于單光子的量子模擬機(jī)，為最終實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典計(jì)算能力的量子計(jì)算目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。”潘建偉介紹，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在今年年底實(shí)現(xiàn)大約20個(gè)光量子比特的操縱，“這將是光量子計(jì)算機(jī)的重大飛躍”。

超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)

潘建偉介紹，基于超導(dǎo)線路體系的量子計(jì)算機(jī)比較容易集成，被認(rèn)為是比較容易取得突破的研究方向，也是國(guó)際量子計(jì)算機(jī)研究競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。2015年，谷歌、美國(guó)國(guó)家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。

“現(xiàn)在，這個(gè)紀(jì)錄被我們打破了！”據(jù)潘建偉介紹，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陸朝陽(yáng)、朱曉波、潘建偉，浙江大學(xué)教授王浩華等合作，自主研發(fā)了10比特超導(dǎo)量子比特處理器，“可以簡(jiǎn)單類比為傳統(tǒng)電腦的芯片”，通過高精度脈沖控制和全局糾纏操作，成功實(shí)現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的超導(dǎo)量子比特的多體純糾纏，并通過層析測(cè)量方法完整地刻畫了10比特量子態(tài)。

同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)用這一處理器演示了求解線性方程組的量子算法，證明了通過量子計(jì)算的并行性加速求解線性方程組的可行性。“藥物篩選、星體運(yùn)動(dòng)規(guī)律、氣象預(yù)報(bào)等很多問題其實(shí)都可以歸結(jié)為線性方程問題。而這也就說明，基于超導(dǎo)線路體系的量子計(jì)算機(jī)有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。”

潘建偉介紹，研究團(tuán)隊(duì)目前正致力于20個(gè)超導(dǎo)量子比特樣品的設(shè)計(jì)、制備和測(cè)試，并計(jì)劃于今年年底前發(fā)布量子云計(jì)算平臺(tái)。“我們預(yù)計(jì)10年左右能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)100個(gè)粒子的相干操縱，其針對(duì)某些特定問題的計(jì)算能力是目前全世界計(jì)算能力總和的百萬倍。對(duì)此，我們很有信心！”