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5月3日

“中國造”光量子計算機問世

導讀:
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,中國科學家再次站在了創新的前沿。

5月3日,潘建偉院士(右二)在中科院量子信息和量子科技創新研究院舉行的新聞發布會上發言。

  記者3日從中國科學院獲悉,我國科學家首次實現10個超導量子比特的糾纏,打破此前世界紀錄,在基于超導體係的量子計算機研究方面取得突破性進展。

  中國科學技術大學潘建偉院士及其同事朱曉波等,聯合浙江大學王浩華教授研究組,自主研發了10比特超導量子線路樣品,通過發展全局糾纏操作,成功實現了目前世界上最大數目的超導量子比特的糾纏和完整的測量。

  此前,谷歌、美國航天航空局和加州大學聖芭芭拉分校2015年曾宣布實現了9個超導量子比特的高精度操縱。

  據介紹,發展量子計算技術的主要挑戰是通過發展高精度、高效率的量子態制備與相互作用控制技術,實現規模化量子比特的相幹操縱。多粒子糾纏的操縱作為量子計算的技術制高點,一直是國際角逐的焦點。

  目前,光子、超冷原子和超導線路是學術界最主要的三個研究體係方向。潘建偉介紹,進一步,研究團隊利用超導量子線路演示了求解線性方程組的量子算法,證明了通過量子計算的並行性加速求解線性方程組的可行性。

  據介紹,量子計算利用量子相幹疊加原理,計算能力隨可操縱的粒子數呈指數增長,可為經典計算機無法解決的大規模計算難題提供有效解決方案。例如,一臺操縱50個微觀粒子的量子計算機,對特定問題的處理能力可超過目前的超級計算機。

全 文

  中國科學技術大學潘建偉院士3日在上海宣布,我國科研團隊成功構建的光量子計算機,首次演示了超越早期經典計算機的量子計算能力。

  實驗測試表明,該原型機的取樣速度比國際同行類似的實驗加快至少24000倍,通過和經典算法比較,也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。

  潘建偉説,這臺光量子計算機標志著我國在基于光子的量子計算機研究方面取得突破性進展,為最終實現超越經典計算能力的量子計算奠定了堅實基礎。

  5月3日,潘建偉院士在中科院量子信息和量子科技創新研究院舉行的新聞發布會上介紹“超導量子計算機路線圖”。

  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,中國科學家再次站在了創新的前沿。

  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,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星、十光子糾纏、天地一體化量子通信網絡……中國“量子人”一係列突破性進展,在量子革命的發展史上,標注下新的印記。

  新版“神算子”有多神?——未來將秒殺超級計算機

  芯片越來越小,傳統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”,以採取並行計算的方式,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。

  5月3日,中國科學技術大學陸朝陽教授(中)和學生們在中科院量子信息和量子科技創新研究院上海實驗室檢查光量子計算機的運行情況。

  5月3日,中國首臺多光子可編程量子計算機在上海亮相,演示了超越早期經典計算機的量子計算能力,並在世界上首次成功實現十個超導量子比特糾纏。

  首顆量子科學實驗衛星“墨子號”升空,全球首條遠程量子通信骨幹網“京滬幹線”將正式啟用。究竟什麼是“量子”,它如何改變我們的生活?今天,讓我們一起來認識一下這個微觀世界裏的“小精靈”。

  “量子”是什麼?量子是最小的、不可再分割的能量單位。這個概念誕生于1900年,物理學家普朗克在德國物理學會上公布了他的成果,成為量子論誕生和新物理學革命宣告開始的偉大時刻。

  我們中學物理書上提到的分子、原子、電子,其實都是量子的不同表現形式。也可以説,我們的世界都是由量子組成的。而我們每個人,都是“24K”純量子産品。

  中國科學技術大學教授朱曉波説,在我們生活的宏觀世界裏,物體的位置、速度等運動規律,都可以通過牛頓力學精確地測算。但在量子微觀世界裏,有著與宏觀世界截然不同的規則。

5月3日,一名科研人員在中科院量子信息和量子科技創新研究院上海實驗室內調整操作臺上的激光幹擾器。

  想要判斷量子計算到底牛不牛、牛在哪,學術界有三個達成共識的指標性節點:計算能力超越早期經典計算機是第一步,再是超越商用CPU,最後是超越超級計算機。

  5月3日在上海亮相的世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算機,到底牛在哪?此次,由中國科學技術大學潘建偉院士和陸朝陽教授等研制的這臺光量子計算機,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。

  量子計算機利用量子特有的“疊加狀態”,採取並行計算的方式,終極目標可以讓速度以指數量級提升。“但現在,它仍然是一個初生的嬰兒,未來最終會長成什麼樣子,對整個科學界來説還是個未知數。”潘建偉説。

  量子計算一直是國際爭奪焦點。去年7月,美國國家科技委員會發布報告《推進量子信息科學:國家的挑戰與機遇》,認為量子計算未來可能會顛覆眾多科學領域。美國政府隨後在官網發文,督促學術界、工業界和政府部門盡快就量子信息議題進行交流。公開資料顯示,目前谷歌、IBM等公司都在投資研發量子計算機。

  現有經典電子計算機的運算單元,一個比特在特定時刻只有特定的狀態,要麼0,要麼1。而一個量子比特則是0和1的疊加態,因此N個量子比特的存儲能力是N個經典比特的2的N次方倍,隨N指數增長。對N個量子比特實行一次操作,其效果相當于對經典存儲器進行2的N次方次操作,這就是量子計算機的巨大並行運算能力。

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