国产光量子计算机问世 超越早期经典计算机能力

　　世界首台经典算法计算机埃尼阿克(ENIAC)开辟了一个属于计算机的时代，而现在以它为首的经典计算机真正的挑战来了。近日中国科学院潘建伟院士宣布，国产世界首台10比特光量子计算机问世，并演示了超越早期经典计算机的量子计算能力。

　　中国科学院研究组由中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟和同事陆朝阳、朱晓波等，联合浙江大学王浩华教授组成。在光学体系上，该研究团队在2016年已实现国际最高水平的十光子纠缠操纵。今年在这一基础上，又利用我国自主研发的量子点单光子源，构建了这台具有10个量子位的光量子计算机，克服了以往同类型量子计算机的量子位数目受限和低采样率的问题，计算机采用的架构还具有继续增加量子位数目和提高采样率的能力。

　　基于单光子的量子计算原型机结构

　　在超导体系方面，研究团队打破了之前由谷歌、美国国家航空航天局(NASA)和加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)公开报道的九个超导量子比特的操纵，实现了目前世界上最大数目的十个超导量子比特的纠缠，并在超导量子处理器上实现了快速求解线性方程组的量子算法。相关系列成果发表于国际学术期刊《自然—光子学》和《物理评论快报》上。

　　十超导量子比特的纠缠态

　　实验测试显示，该原型机的“玻色取样”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，也比人类歷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倍至100倍。

　　基于超导量子处理器的线性方程解法演示

　　潘建伟说，这台光量子计算机标志着中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。

　　业内进展方面，D-Wave已于2017年发布了具有2000个量子位的量子退火计算机2000Q。但由于D-Wave这一类型的计算机只能执行“量子退火”一种算法，它的应用受到限制，即便业内也对D-Wave是否是真正的量子计算机有诸多争议。MIT于2016年制造出了具有5个量子位的原子阱量子计算机，并成功用Shor算法进行了因数分解实验。谷歌也于2016年7月表明了自己要建立世界上第一台超高性能量子计算机的愿景，不过目前还未看到后续进展。

　　目前的量子计算机还不能完成传统计算机所能完成的各种任务。存储和计算原理不同，传统计算机的每一位只能传输“0”或“1”中的某一个，而量子计算机可以传输和计算“0”或“1”的叠加态，然后对同样处在“0”或“1”叠加态的结果进行测量，以一定概率的概率得到结果，并配合反复测量，得到传统的非叠加态结果。但某一些特定的运算，利用量子计算机的计算特点可以很快解决，比如对大数进行因子分解的Shor算法(可以用于破解传统计算机加密)、量子退火算法(对复杂优化问题进行最值求解)、Grover量子搜索算法(在很大的集合中寻找指定的元素)，传统计算机进行类似的计算，所需时间与任务复杂度成几何级数增加，甚至几乎不能计算，但量子计算机所需的时间仅仅是线性增加而已。