潘建偉團隊實現十光子糾纏，能幹什麼？

總是能爆出大新聞的潘建偉團隊，這次的大新聞似乎並沒有引起多少轟動效應，當然也是因為這兩天添堵的大新聞太多了，這樣的消息對於振奮士氣的作用，也漸漸力不從心了。

據《科技日報》報道，潘建偉團隊近期在量子信息科研領域再獲重大突破，他們通過兩種不同的方法製備了綜合性能最優的糾纏光子源，首次成功實現「十光子糾纏」，再次刷新了光子糾纏態製備的世界紀錄。

雖說是重大突破，他們並沒有發表論文，《物理評論快報》以「編輯推薦」的形式發表了該成果，美國物理學會網站和英國《自然》雜誌在「研究亮點」欄目對此進行了報道。

那麼「十光子糾纏」究竟是什麼，能幹什麼，相信很多人還是不會滿足於知道這是一個重大突破就夠了。

通俗的說，作為量子信息處理基本能力的核心指標，操縱的糾纏光子數目越多，量子信息處理能力就會指數級增長，但同時實驗實現的難度也急劇增加。

之所以說指數級增長，在量子計算機中，由於量子疊加效應，一個量子比特可以同時擁有0和1兩種狀態，這就意味著，N個量子比特可同時存儲和處理2的N次方個數據。

從理論上說，只需要6個量子比特，就可以達到目前64位的經典計算機的計算能力。一個40比特的量子計算機，能在很短時間內解開1024位電腦花上數十年解決的問題。50個量子比特，當今世界前500名的超級計算機全部加起來，功能都無法勝過它。

量子計算機對於計算能力的提升將不只是百倍、千倍的級別，而是百億、千億倍的級別，它讓計算能力的飛躍，將遠遠超越從算盤到當代超級計算機的提升。

理論上，實驗室中任何可控的、有穩定特徵能態的量子系統都可以作為量子比特，比如離子、中性原子、光子等。但是一個個獨立的量子比特做不了量子計算機。

為了實現量子運算，用作量子比特的粒子必須處於纏結狀態，也就是所有的粒子都必須具備相干性。而且這種狀態必須保持盡量長的時間，也就是保持糾纏。這是實現量子計算面臨的兩個最大障礙。

目前實現量子計算機的兩種主要研究途徑，就是基於量子光學的量子計算和固態量子計算。

量子光學主要是操作束縛在腔、離子阱中的原子或離子，操作原子、離子的能級。固態量子計算機包括超導量子干涉或半導體材料量子點的操作，自旋、能級、磁通量、相位都可以作為可操作的目標。

潘建偉和同事分別於2004年、2007年、2012年在國際上首次實現對五光子、六光子、八光子糾纏的操縱。2013年，他們首次成功實現了求解線性方程組的實驗；2015年，首次成功實現了量子機器學習演算法。

而達到十光子糾纏這一突破，被認為表明我國繼續引領國際多光子糾纏和干涉度量研究，研究成果將可應用於遠程量子通信和實用化量子計算等大尺度量子信息技術。

但是這話說的有點大，因為對於量子計算機來說，這都還是屬於原理展示的性質，和做一台計算機是兩個概念，距離真正的量子計算機，還有十萬八千里。即便是做到了10光子。

其實早在今年年初我們採訪潘建偉團隊的成員陸朝陽教授的時候，他就已經說過，現在他們的能力可以做到8-10個量子比特，但是要達到普通計算機的水平，至少需要20-30個量子比特。

在光子體系上，潘建偉的團隊在國際上可以說是最領先的。他們希望在能夠操縱大約30個光子的時候，可以做一些令人驚嘆的事情。

但是光子體系最大的弱點，就是難以集成，很難想像，把它集成到一個晶元裡面去，做成我們熟知的計算機。

雖然從理論上說，45個光子的量子系統，計算能力就可以超過天河二號，100個光子的話，計算能力就超過現有超級計算機百億億倍，但這並不是普適意義上的計算機，而是針對特定問題的量子模擬機。

要做出真正的量子計算機，現在國際上比較主流的方向是固態量子計算的方法。畢竟光學系統集成化有很大的困難，而超導的方法、半導體量子點的方法，可以沿用原來半導體的平面工藝。

正是基於這樣的考慮，所以當前半導體量子點系統和超導電子學系統受到了美國和日本的高度重視，這兩個系統已經有成熟的工業基礎。

在這方面，去年加入谷歌量子計算機實驗室的加州聖巴巴拉大學物理學教授約翰·馬丁內斯（John Martinis）的團隊是做的最好的，他們已經可以做到11個超導量子比特。

陸朝陽教授也說，他們的技術路線將不局限於只做光子體系，而是選擇了三個最有希望的體系，一個是光子體系，一個是超冷原子體系，和超導量子比特，這也相當於一個三步走的策略，第一步達到普通計算機水平，用光子的體系，20-30個量子比特，就可以達到。

他們的第二步是在5-10年內實現利用超冷原子體系作量子模擬，用來解決物理化學、材料設計等方面目前沒法算清楚的問題。第三步的目標是10-15年內，利用超導量子比特，製造大規模的通用量子計算機。

如果需要走超導的技術路線，對於潘建偉的團隊來說，還不是錢的問題，主要還是沒有人，他們曾經想從馬丁內斯的團隊挖一個華裔，不過沒來，還是跟著老闆去了谷歌。

時間又過去了快一年，馬上就到2017了，大家覺得，看了最近的幾條大新聞，他們是更容易還是更難來了呢？

破紀錄

也是一種樂趣