近日，中國科學技術大學潘建偉教授及其同事陸朝陽、朱曉波等，聯合浙江大學王浩華教授研究組，成功構建了世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算機。中國科學院量子信息和量子科技創新研究院今日在上海舉行新聞發布會，介紹了這一研究進展。
“量子計算機在求解某類特定問題上具有巨大的優勢。”中科院院士、中國科學技術大學教授潘建偉介紹，量子計算利用量子相幹疊加原理，在原理上具有超快的並行計算和模擬能力，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。
“比方說，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超級計算機。”潘建偉介紹，發展量子計算技術的主要挑戰通過發展高精度、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。
由於量子計算的巨大潛在價值，歐美各國都在積極整合各方面研究力量和資源，開展協同攻關，同時，大型高科技公司如谷歌、微軟、IBM等也強勢介入量子計算研究。潘建偉介紹，目前，國際學術界在基於光子、超冷原子和超導線路體系的量子計算技術發展上總體進展較快。
在各個路線的較量中，“多粒子糾纏的操縱”作為量子計算的核心資源，一直是國際角逐的焦點。在光子體系，潘建偉團隊在多光子糾纏領域始終保持著國際領先水平，並於2016年底把紀錄刷新至十光子糾纏。
在此基礎上，團隊利用自主發展的綜合性能國際最優的量子點單光子源，通過電控可編程的光量子線路，構建了針對多光子“玻色取樣”任務的光量子計算原型機。實驗測試表明，該原型機的“玻色取樣”速度不僅比國際同行類似的之前所有實驗加快至少24000倍，同時，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（ENIAC）和第一臺晶體管計算機（TRADIC）運行速度快10-100倍。5月2日，該研究成果以長文的形式在線發表於《自然光子學》。
“這是歷史上第一臺超越早期經典計算機的基於單光子的量子模擬機，為最終實現超越經典計算能力的量子計算這一國際學術界稱之為‘量子稱霸’的目標奠定了堅實的基礎。”潘建偉說。
量子計算機的研發有著不同的技術路線，記者在發布會上還了解到，團隊不僅是在光量子體系的研究中領先，同時還在超導體系的研究中也幾乎同時取得了突破性進展。研究團隊打破了之前由谷歌、NASA和UCSB公開報道的九個超導量子比特的操縱，實現了目前世界上最大數目（十個）超導量子比特的糾纏，並在超導量子處理器上實現了快速求解線性方程組的量子算法。成果即將發表於《物理評論快報》。
“當量子比特的操縱數量達到5個比特就能超越早期經典計算機，25個左右的時候，就能和現在的普通計算機計算能力相當。”潘建偉透露，目前研究團隊正在致力於20個超導量子比特量子計算機的設計、制備和測試，並計劃於今年年底前發布量子雲計算平臺，供科學家“體驗”量子計算。
潘建偉預計，今年年底前將實現20比特的量子糾纏，到2020年左右，能夠達到50個左右的糾纏，誕生實現“量子稱霸”的超導計算機。“這是一個比較可靠的計劃。”潘建偉說。