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這是第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)ENIAC的基于單光子的量子模擬機(jī)，為最終實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典計(jì)算能力的量子計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。

——論文通訊作者之一、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陸朝陽

量子計(jì)算基礎(chǔ)研究領(lǐng)域有幾個(gè)大家共同努力的指標(biāo)性節(jié)點(diǎn)：第一，展示超越首臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力；第二，展示超越商用CPU的計(jì)算能力；第三，展示超越超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。我們實(shí)現(xiàn)的只是其中的第一步，一小步，但是是重要的一步。

——論文通訊作者之一、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉與陸朝陽課題組在基于光子的量子計(jì)算機(jī)研究方面取得了突破性進(jìn)展，制造出中國(guó)第一臺(tái)5光子玻色采樣計(jì)算機(jī)。 

這是第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)ENIAC的基于單光子的量子模擬機(jī)，為最終實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典計(jì)算能力的量子計(jì)算奠定了基礎(chǔ)，論文的通訊作者之一、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陸朝陽介紹說。

這一成果發(fā)表在5月1日上線的《自然光子學(xué)》（Nature Photonics）。

近年來，隨著量子操縱技術(shù)的飛速發(fā)展，量子計(jì)算備受矚目。由于量子比特是 0 和 1 的疊加態(tài)，其計(jì)算能力相比于經(jīng)典計(jì)算機(jī)將會(huì)指數(shù)加速，這一特點(diǎn)使量子計(jì)算有望為經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的大規(guī)模計(jì)算難題提供有效解決方案。然而，量子比特極易受到退相干和量子噪聲的影響，量子相干性受到破壞，失去量子計(jì)算的優(yōu)勢(shì)。這極大地阻礙了建造量子計(jì)算機(jī)的進(jìn)程。

所幸的是，科學(xué)家提出了更加可行的量子計(jì)算方案，雖然不能實(shí)現(xiàn)通用的量子計(jì)算，但在某些特定的計(jì)算問題上，計(jì)算能力依然指數(shù)倍于經(jīng)典計(jì)算機(jī)。 

玻色采樣由美國(guó)的理論計(jì)算機(jī)科學(xué)家Scott Aaronson和Aleksandr Arkhipov在2011年提出。該方案極大地降低了量子計(jì)算的需求，只需要單光子源，線性幺正系統(tǒng)（對(duì)應(yīng)于一個(gè)復(fù)幺正矩陣）和探測(cè)器，便可實(shí)現(xiàn)。潘建偉、陸朝陽課題組首次利用量子點(diǎn)單光子源、自行設(shè)計(jì)加工的高效率干涉儀，構(gòu)建了針對(duì)多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計(jì)算原型機(jī)，首次在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)5光子玻色采樣。該量子計(jì)算機(jī)的采樣率比人類第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC和晶體管計(jì)算機(jī)TRADIC高10-100倍。“你們構(gòu)建了第一代 ‘ENIAC’量子機(jī)器。”一位審稿人評(píng)論說。

“量子計(jì)算基礎(chǔ)研究領(lǐng)域有幾個(gè)大家共同努力的指標(biāo)性節(jié)點(diǎn)：第一，展示超越首臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力；第二，展示超越商用CPU的計(jì)算能力；第三，展示超越超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。我們實(shí)現(xiàn)的只是其中的第一步，一小步，但是是重要的一步。”論文的另外一位通訊作者、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉說。

據(jù)了解，潘建偉研究團(tuán)隊(duì)將計(jì)劃在今年年底實(shí)現(xiàn)大約20個(gè)光量子比特的操縱，為實(shí)現(xiàn)第二步的目標(biāo)做準(zhǔn)備。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陳宇翱（未參與這一研究）評(píng)論說，第三步在某些特定的數(shù)學(xué)問題上，超越所有的計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”，需要操縱45-50個(gè)量子比特，這一目標(biāo)預(yù)計(jì)在未來兩到三年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

鑒于量子計(jì)算領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)激烈，尤其是在最后一步，鹿死誰手尚未可知，陳宇翱說他希望第一臺(tái)真正實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”的量子計(jì)算機(jī)在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)誕生，但國(guó)外的工作也在進(jìn)行之中，《知識(shí)分子》將持續(xù)關(guān)注這一領(lǐng)域的進(jìn)展。

另外，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽與朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組在超導(dǎo)體系首次實(shí)現(xiàn)十個(gè)超導(dǎo)量子比特的糾纏，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了快速求解線性方程組的量子算法。其結(jié)果在論文預(yù)印網(wǎng)站arxiv.org發(fā)表，后者已被《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）接收。

參考文獻(xiàn)：

1、實(shí)現(xiàn)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的多光子波色取樣論文http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2017.63.html 

2、首次實(shí)現(xiàn)10個(gè)超導(dǎo)量子比特的糾纏：https：//arxiv.org/abs/1703.10302

3、利用超導(dǎo)量子線路演示了求解線性方程組的量子算法：https：//arxiv.org/abs/1703.06613，已被Phys。 Rev。 Lett。 接收

摘自 新浪綜合