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振奋!世界首台光量子计算机在中国诞生

2017-05-03 08:21 来源: 侨报网综合 字号:【

侨报网综合讯】5月3日,科技界迎来了一则重磅消息:世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生。中国科学院5月3日在上海举行新闻发布会,对外发布了这一消息,这个“世界首台”是货真价实的“中国造”,属中国科学技术大学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攻关突破的成果。

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潘建伟院士在发布会上介绍量子计算机研究成果。(图片来源:中国经济网)

据中国科学院网站报道,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。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。

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。

在当天的新闻发布会上,潘建伟教授用PPT展示了基于单光子的量子计算原型机结构(图片来源:上海澎湃新闻)

在当天的新闻发布会上,潘建伟教授用PPT展示了基于单光子的量子计算原型机结构(图片来源:上海澎湃新闻)

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。

另据新华社报道,目前诞生的这台光量子计算机,由成百上千密密麻麻元器件组成,与人们平日使用的计算机毫无相似之处。尽管这个量子计算机的“婴儿”还不如你握着的手机运算速度快,但潘建伟说,它是量子计算机打败经典超级计算机征途中“非常重要的一大步”。

潘建伟预计,中国有望在今年年底制造出能与通用手提电脑计算能力相比拟的量子计算机,并计划在2020年制造出超越目前最强大的超级计算机的量子计算机,实现“量子称霸”。

量子计算机研究实验装置(图片来源:新华社)

量子计算机研究实验装置(图片来源:新华社)

新华社报道,量子计算机利用量子特有的“叠加状态”,采取并行计算的方式,终极目标可以让速度以指数量级提升。现有经典电子计算机的运算单元,一个比特在特定时刻只有特定的状态,要么0,要么1。而一个量子比特则是0和1的叠加态,因此N个量子比特的存储能力是N个经典比特的2的N次方倍,随N指数增长。对N个量子比特实行一次操作,其效果相当于对经典存储器进行2的N次方次操作,这就是量子计算机的巨大并行运算能力。

专家介绍,这种超级计算能力,将为金融分析、气象预报、药物设计等大规模计算提供全新的方案。量子计算机还可以通过“模拟”,来解决科学研究中的一些未解之谜。

据了解,量子计算需要利用大量互相纠缠的量子比特才能实现。目前,国际前沿的实验成果中,可以操控的纠缠光子比特数已经达到十个,而未来实用化的量子计算体系需要同时操控几十乃至上百个量子比特,也就是说从“婴儿”到“成人”,量子计算还有很长的路要走。

不过这个“第一步”关键点的突破,已非易事。专家介绍,量子计算机并非要“包打天下”,而是着力于一些传统计算机难以解决的大规模计算难题;它也并非“十项全能”,而是在一些特殊的专用领域率先实现突破。

量子计算机的概念最早出现于上世纪80年代。1982年,美国著名物理物学家理查德·费曼在一个公开的演讲中提出利用量子体系实现通用计算的新奇想法。紧接其后,1985年,英国物理学家大卫·杜斯提出了量子图灵机模型 。理查德·费曼当时就想到如果用量子系统所构成的计算机来模拟量子现象则运算时间可大幅度减少,从而量子计算机的概念诞生了。

量子计算一直是国际争夺焦点。去年7月,美国国家科技委员会发布报告《推进量子信息科学:国家的挑战与机遇》,认为量子计算未来可能会颠覆众多科学领域。美国政府随后在官网发文,督促学术界、工业界和政府部门尽快就量子信息议题进行交流。公开资料显示,目前谷歌、IBM等公司都在投资研发量子计算机。

科学家预计,量子计算机将使人类的日常生活大大改变。例如在公共安全领域,量子计算可以瞬间处理监控数据库中60亿人次的脸部图片,并实时辨别出一个人的身份;在公共交通领域,量子计算能够迅速对复杂的交通状况进行分析预判,从而调度综合交通系统最大限度避免道路拥堵;在气象预测方面,量子计算能够将仪器检测数据结合模型全面预测分析,从而实现更高精准度的天气预报……量子计算在核爆模拟、密码破译、材料和微纳制造、药物设计、金融分析、在宇宙中寻找第二个地球等领域具有突出优势。

(编辑:张晓)

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