速度领先国际同行24000倍，首次超越早期经典计算机；3年后可秒杀超级计算机
昨天，世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生。这台量子计算机不仅是“中国造”，而且是由中国科大主导研制的，该校潘建伟教授及其同事陆朝阳、朱晓波等，联合浙江大学王浩华教授研究组，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重要进展。记者从中国科大获悉，当天中国科学院量子信息和量子科技创新研究院在上海举行新闻发布会，介绍了这一研究进展。
量子计算机打破世界纪录
据介绍，潘建伟院士研究团队利用高品质量子点单光子源构建了用于玻色取样的多光子可编程量子计算原型机，首次演示了超越早期经典计算机（ENIAC、TRADIC）的量子计算能力。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国际学术界称之为“量子称霸”的目标奠定了坚实的基础。
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。例如，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。发展量子计算技术的主要挑战是通过发展高精度、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；同时，大型高科技公司如谷歌、微软、IBM等也纷纷强势介入量子计算研究。
目前起步优于电子计算机
多粒子纠缠的操纵作为量子计算的技术制高点，一直是各国角逐的焦点。潘建伟团队在多光子纠缠领域研究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”速度不仅比国际同行之前类似的所有实验加快至少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》。
世界首台电子管计算机（ENIAC）1946年诞生于美国宾夕法尼亚大学，这台计算机占地约有10个房间大小，重达30吨。尽管体积庞大、耗电惊人，运算速度不过每秒几千次，但却宣告了一个新时代的开始，人类从此步入科学计算时代。经过70多年的发展，今天的超级计算机运算速度已经超过每秒万亿次。而5月3日，由中国科大潘建伟院士团队宣告构建的光量子计算机或许可以标志着人类由电子计算机时代开始步入量子计算机时代。“我们构建的首台光量子计算机运算速度是首台电子管计算机的10~100倍，这就说明量子计算机起步优于电子计算机。”陆朝阳教授告诉记者：“相比经典的电子计算机，量子计算机的发展具有更大的‘加速度’，因此，量子计算机全面超越电子计算机，应当是指日可待、曙光在前。”
未来全面超越经典计算机
量子计算机的研发有着不同的技术路线，月3日召开的新闻发布会上，潘建伟院士团队同时公布了在超导体系研究方面的突破性进展。2015年，谷歌、美国航空航天局和加州大学圣芭芭拉分校宣布实现了9个超导量子比特的高精度操纵，这个纪录在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方案，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。研究团队还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，研究成果即将发表于《物理评论快报》。
“当量子比特的操纵数量达到5个比特就能超越早期经典计算机，25个左右的时候，就能和现在的普通计算机计算能力相当。”5月3日的新闻发布会上，潘建伟院士透露，目前研究团队正在致力于20个超导量子比特样品的设计、制备和测试，有望在今年年底实现这一目标；预计到2020年左右，能够达到50个左右的纠缠，届时量子计算机将全面超越经典计算机。
