“中国造”光量子计算机问世 实现10个超导量子比特纠缠

科技日报上海5月3日电 （记者李大庆）世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机3日在上海亮相，10个超导量子比特纠缠首次成功实现，中国科学家再次站在了创新的前沿。中国科技大学潘建伟院士及同事陆朝阳、朱晓波等，联合浙江大学王浩华研究组，在去年首次实现10光子纠缠操纵的基础上，构建了这台基于单光子的量子计算机。

“从原理上说，量子计算机具有超快的并行计算和模拟能力，其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的解决方案。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。”潘建伟说，如果用万亿次经典计算机分解一个300位的大数，需15万年，而用万亿次量子计算机，则只需1秒。可以说，量子计算机更擅长解决密码分析、气象预报、药物设计、金融分析、石油勘探等大规模计算的难题。由于量子计算存在着巨大的潜在价值，欧美国家都在积极整合研究力量和资源，开展协同攻关。同时，一些大型高科技公司，如谷歌、微软、IBM等也强势介入量子计算研究。

多粒子纠缠的操纵作为量子计算的技术制高点，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，分别在国际上率先实现了5光子、6光子、8光子纠缠，去年底又把纪录刷新至10光子纠缠。在此基础上，团队利用自主研发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”（一种用来采集玻色子散射样本的量子算法）任务的光量子计算原型机。实验测试表明，此原型机的“玻色取样”速度不仅比之前国际同行类似的所有实验快至少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，中国科学家的这项研究成果以长文形式在线发表于《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的目标奠定了坚实的基础。

在潘建伟团队研制的量子计算机中，超导体系也有重大突破。2015年，谷歌、美国航空航天局和加州大学圣芭芭拉分校宣布实现了9个超导量子比特的高精度操纵。但这个纪录在今年被中国科学家团队打破。朱晓波、王浩华和陆朝阳、潘建伟等合作，自主研发了10比特超导量子线路样品，通过高精度脉冲控制和全局纠缠操作，成功实现了目前世界上最大数目的超导量子比特的多体纯纠缠。

据了解，潘建伟团队正致力于20个超导量子比特样品的设计、制备和测试，并计划于今年年底前发布量子云计算平台。