中國科學(xué)院日前宣布，在量子計算機(jī)研究方面取得了突破性進(jìn)展，構(gòu)建出世界上第一臺超越早期經(jīng)典計算機(jī)的光量子計算機(jī)。

位于上海的中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，三平方米的工作臺上成百上千密密麻麻元器件組成的這臺光量子計算機(jī)，與人們平日使用的計算機(jī)毫無相似之處。盡管這個量子計算機(jī)的“嬰兒”還不如你握著的手機(jī)運(yùn)算速度快，但著名物理學(xué)家、中國科學(xué)院院士潘建偉說，它是量子計算機(jī)打敗經(jīng)典超級計算機(jī)征途中“非常重要的一大步。”

近年來，傳統(tǒng)計算機(jī)的性能增長越來越困難。探索全新物理原理的高性能計算技術(shù)的需求應(yīng)運(yùn)而生。科學(xué)家認(rèn)為，量子計算機(jī)會成為未來科技的引擎，是打開無限可能性的鑰匙。一些經(jīng)典算法不可能完成的任務(wù)，量子算法卻可以輕松搞定。如果將未來的量子計算機(jī)比作大學(xué)教授，今天所謂超級計算機(jī)的能力甚至還比不上剛上幼兒園的小班兒童。

潘建偉介紹，量子計算利用量子態(tài)的疊加性質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)計算能力的飛躍?，F(xiàn)在計算機(jī)的運(yùn)算單位比特只有0和1這兩種狀態(tài)，但量子計算機(jī)中可以處在0和1的疊加態(tài)上。如果操縱的量子數(shù)目增多，它就會以指數(shù)級增長來提升計算機(jī)的運(yùn)算速度。

但科學(xué)家說，在可預(yù)見的將來，量子計算機(jī)并不會替代人們桌上的電腦和口袋里的手機(jī)，它更不是用來玩網(wǎng)絡(luò)游戲和發(fā)微信的。量子計算機(jī)實(shí)際上是用來處理一些經(jīng)典電子計算機(jī)的老大難問題。

“比如，有一類問題叫‘玻色取樣’，它的計算復(fù)雜度是隨著粒子數(shù)的增加而指數(shù)增長的。”中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陸朝陽教授解釋說：“這是被稱為‘量子稱霸’的任務(wù)，科學(xué)家最初設(shè)計這個問題的動機(jī)就是為了顯示量子計算機(jī)的能力，跟經(jīng)典的計算機(jī)競賽，看看誰跑得快。”

專家估計，一臺操縱50個微觀粒子的量子計算機(jī)，對“玻色取樣”這類特定問題的處理能力可秒殺目前最強(qiáng)大的超級計算機(jī)。如果操縱100個量子，其計算能力可能比目前最強(qiáng)大的超級計算機(jī)快百億億倍。如果將來能夠做到1000個量子以上，科學(xué)家也許就可以研究意識是怎么產(chǎn)生的，或許能催生強(qiáng)大到無法想象的人工智能。

不過，迄今為止，世界上還沒有真正意義上的量子計算機(jī)。但世界各地的許多實(shí)驗(yàn)室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。

目前，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊在三個很有希望的方向努力推進(jìn)：光子量子計算、超冷原子量子計算和超導(dǎo)量子計算。

近日，潘建偉及其同事聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組，在基于光子和超導(dǎo)體系的量子計算機(jī)研究方面取得了系列突破性進(jìn)展。

據(jù)介紹，多粒子糾纏的操縱作為量子計算的技術(shù)制高點(diǎn)，一直是國際角逐的焦點(diǎn)。潘建偉團(tuán)隊在多光子糾纏領(lǐng)域始終保持著國際領(lǐng)先水平，并于2016年底把紀(jì)錄刷新至十光子糾纏。在此基礎(chǔ)上，潘建偉團(tuán)隊利用自主發(fā)展的綜合性能國際最優(yōu)的量子點(diǎn)單光子源，通過電控可編程的光量子線路，構(gòu)建了針對多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計算原型機(jī)。

據(jù)悉，中國科學(xué)家下一步目標(biāo)是在年底實(shí)現(xiàn)大約20個光量子比特的操縱，并致力于20個超導(dǎo)量子比特樣品的設(shè)計、制備和測試；到2020年，希望能夠達(dá)到50個左右量子比特的操縱，并能夠研制超導(dǎo)量子計算機(jī)。

“我認(rèn)為10年之內(nèi)做到100個量子比特的操縱沒有問題，它的計算能力可以達(dá)到現(xiàn)在全世界計算能力總合的百萬倍。”潘建偉說。