http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2017-05-
5月3日，中国科学院在上海召开新闻发布会，宣布世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机在我国诞生。
中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟及其同事陆朝阳、朱晓波等，联合浙江大学教授王浩华研究组，近期在基于光子和超导体系的量子计算机研究方面取得了系列突破性进展。在光学体系方面，研究团队在2016年首次实现十光子纠缠操纵的基础上，利用高品质量子点单光子源构建了世界首台超越早期经典计算机的单光子量子计算机。
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。
国际上最高品质和最高效率的单光子源
量子计算利用量子相干叠加原理，在原理上具有超快的并行计算和模拟能力，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。量子计算技术主要通过发展高精度、高效率的量子态制备与相互作用控制技术，实现规模化量子比特的相干操纵。由于其巨大的潜在价值，欧美各国都在积极整合各方面研究力量和资源，开展协同攻关，同时，谷歌、微软、IBM等大型高科技公司也强势介入量子计算研究。
基于单光子的量子计算原型机结构
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。在光子体系方面，潘建伟团队在多光子纠缠领域始终保持着国际领先水平，并于2016年底把纪录刷新至十光子纠缠。在此基础上，团队利用自主发展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”任务的光量子计算原型机。实验测试表明，该原型机的“玻色取样”不仅比之前国际同行所有类似实验提速至少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，该研究成果以长文的形式在线发表于《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这一被国际学术界称为“量子称霸”的目标，奠定了坚实的基础。朝着这一目标，潘建伟团队计划在今年年底实现大约20个光量子比特的操纵。
十超导量子比特的纠缠态
在超导体系方面，2015年，谷歌、NASA和UCSB宣布实现了9个超导量子比特的高精度操纵，这一记录在2017年被中国科学家团队首次打破。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，并通过层析测量方法完整地刻画了十比特量子态。研究团队进一步利用超导量子线路演示了求解线性方程组的量子算法，证明了通过量子计算的并行性加速求解线性方程组的可行性，相关成果即将发表于《物理评论快报》。研究团队目前正致力于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。
基于超导量子处理器的线性方程解法演示
上述工作由中国科大、浙江大学、中科院物理研究所等协同完成，受到中科院-阿里巴巴量子计算实验室、国家自然科学基金委、科技部和教育部2011计划等资助。
[环球网-环球时报]
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潘建伟：中国量子计算将如“雨后春笋”
中新社上海5月3日电 题：潘建伟：中国量子计算将如“雨后春笋”
中新社记者 张素
47岁的中国科学技术大学教授、中国科学院院士潘建伟，再一次站在聚光灯下。5月3日，他代表团队在上海宣布两件关于量子的喜讯：成功研制世界首台超越早期经典计算机的量子计算机；成功实现目前世界上最大数目(10个)超导量子比特纠缠。
相关成果分别发表于国际学术期刊《自然·光子学》和《物理评论快报》，引起海内外广泛关注。
“我们实现的是量子计算基础研究领域的第一步，一小步，但也是重要的一步。”面对蜂拥而至的媒体，潘建伟穿着惯常的驼色绒衫平静地说。
学界公认量子计算基础研究有“三步走”。第一步是展示超越首台电子计算机的计算能力，第二步是展示超越商用中央处理器的计算能力，第三步是展示超越超级计算机的计算能力。
潘建伟与陆朝阳课题组制造出的光量子计算原型机，计算速度超越了71年前诞生的世界首台经典算法计算机埃尼阿克(ENIAC)。一位审稿人评价：“你们构建了第一代‘ENIAC’量子机器。”
与此同时，朱晓波、王浩华、陆朝阳和潘建伟等科学家协同工作，成功实现10个超导量子比特的高精度操纵，打破了美国方面在2015年创造的9个超导量子比特操纵的纪录。
30年前，潘建伟考入中国科学技术大学近代物理系，与量子结缘。21年前，潘建伟师从量子力学大师塞林格，当被导师问及梦想，他脱口而出：“我要在中国建一个世界一流的量子物理实验室。”
如今作为中国量子领域研究的领军者，潘建伟雄心勃勃。他并不满足这两项最新成果，而是瞄准更高的要求。他说，要在2017年底实现大约20个光量子比特的操纵，同时制备出20个超导量子比特样品。他还说，要到2020年做到45至50个光量子比特的操纵，最终实现量子计算超越经典超级计算机的“量子称霸”目标。
由于量子计算的巨大潜在价值，欧美各国都在积极整合各方面研究力量和资源开展协同攻关，大型高科技企业如谷歌、微软、IBM等早早布局量子计算研究。中国的科研院校及企业也必须参与这场国际竞争。
出生在浙江省，潘建伟用当地常见的“笋”来比喻中国量子计算领域的发展。他描绘说，笋尖刚长出来时进展较为缓慢，一旦长起来便越来越快。他说中国的量子计算就如“春笋”，“我们的爆发式增长已到了相变点”。
潘建伟有此判断，一方面是基于中国科学家多年积累。以他的团队为例，从1999年突破4光子纠缠操纵到2016年首次实现10光子纠缠操纵，他们始终“领跑”国际。
另一方面是国内已形成协同创新的良好风气，比如最新成果是由中国科学技术大学、浙江大学、中国科学院物理研究所等合作完成，并且得到中国科学院—阿里巴巴量子计算实验室等方面的资助。
“未来将面临激烈的竞争，我希望结合国家实验室建设，让许多研究者面向同一个目标，集中全国力量去攻克量子计算机，突破国外的封锁。”潘建伟微笑着说，“保守一点说，用5至10年时间造出几台解决材料设计、化学研究、物理研究等需求的专用量子计算机”。(完)
[中新网]
探访中国科学院的“量子计算机兄弟”
中新社上海5月3日电 题：探访中国科学院的“量子计算机兄弟”
中新社记者 张素
位于上海浦东新区的中国科学院量子信息和量子科技创新研究院，距离新建成的上海迪士尼乐园约10公里。当中外游客尽享米老鼠、唐老鸭、高飞带来的欢乐时，这里的“量子计算机兄弟”悄然孕育革新。
量子计算机的概念最早由美国物理学家费曼在1982年提出。简单来说，量子计算机与经典计算机的最基本单元均为比特，经典计算机的比特受到非“0”即“1”的二元限制，量子计算机的比特则是“0”和“1”两种状态按照任意比例叠加。
“量子计算是并行的，当经典计算机重复实施2的N次方次操作时，量子计算机可以同时对2的N次方个数字进行计算，因此在一些特定问题上可以获得很快的处理速度。”中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟说。
换言之，量子计算能力随着可操纵的粒子数增加而呈现指数增长，一些经典计算机无法解决的大规模计算难题将“迎刃而解”。
当前量子计算技术发展较为重要的三支脉络分别是光子、超冷原子和超导，它们各有所长、齐头并进。在潘建伟的带领下，“三兄弟”在中科院量子信息和量子科技创新研究院扎根落户，崭露头角，3日“双喜临门”。
其中，潘建伟和陆朝阳等人构建的光量子计算原型机，成为世界首台在运行速度上“跑”赢早期经典计算机的量子计算机。在朱晓波、王浩华、陆朝阳和潘建伟等中国科学家的协同工作下，成功实现目前世界上最大数目的超导量子比特纠缠。
记者先来揭开单光子量子计算机的“面纱”。单光子光开关、超低损耗光量子线路、单光子探测器和单光子源组成一台原型机，几乎占据半间房，从外观上看与人们惯用的电脑相去甚远。
“把一个个单光子放进去进行干涉，进行玻色取样任务，测试计算能力。”陆朝阳说，从1999年开始他们团队就在多光子纠缠和操纵方面保持国际领先地位，在2016年把多光子纠缠纪录刷新到10光子纠缠。基于此，单光子量子计算机的运算速度超过人类史上首台电子管计算机和首台晶体管计算机10至100倍。
记者又来探访超导量子计算机，只见银白色直筒“浮”在半空。朱晓波说，直筒底部温度接近绝对零度，一枚精巧的芯片安放其中。他们团队凭此首次实现10个超导量子比特的纠缠，并实现了快速求解线性方程组的量子算法。
“这标志着我国在超导量子比特集成系统的制备、测量等方面达到世界先进水平。”潘建伟补充说，2016年10月，中国科学技术大学与北京大学研究者组成的联合团队在超冷原子量子模拟领域也取得重大突破。
科学家指出，量子计算机除在速度上令经典计算机望尘莫及，也将在未来影响人们生活。以大数因数分解为例，经典计算机分解300位的大数需要150000年，万亿次量子计算机分解这个大数只需1秒。而网络非对称加密协议是基于大数因数分解形成，一旦突破量子计算机，或将颠覆人们对通信安全的理解。
但对“三兄弟”的未来模样，科学家们还不敢轻易下结论。“三种体系相互借鉴，但未来会否有一台通用的量子计算机，会否和经典计算机一样有芯片，我们还无法想象。”潘建伟说。
他肯定的是，人类对于计算能力的需求无止境，量子计算将被应用在密码分析、气象预报、药物设计、金融分析、石油勘探等方面，“三兄弟”必将发挥更大的作用。(完)
[中新网]