提速2.4萬倍！中國第1台光量子計算機揭秘

這幾年，中國科技樹長勢喜人，今天科技界又迎來了一個振奮人心的消息：世界上第一台超越早期經典計算機的光量子計算機在中國誕生！

這標誌著，我國的量子計算機研究領域已邁入世界一流水平行列。

據悉，這台光量子計算機由中國科技大學、中國科學院-阿里巴巴量子計算實驗室、浙江大學、中國科學院院物理所等單位協同完成研發，是貨真價實的「中國造」。

國際上最高品質和最高效率的單光子源

量子計算機是指利用量子相干疊加原理，理論上具有超快的並行計算和模擬能力的計算機。如果將傳統計算機比作自行車，量子計算機就好比飛機。

量子計算利用量子相干疊加原理，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。

舉個例子，使用億億次的「天河二號」超級計算機求解一個億億億變數的方程組，所需時間為100年，而使用一台萬億次的量子計算機求解同一個方程組，僅需0.01秒。

據中科院院士潘建偉介紹，中國2016年就首次實現了10光量子糾纏操縱，隨後在此基礎上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，速度比之前國際同行所有類似實驗快了至少2.4萬倍。

對比經典演算法，這台光量子計算原型機比人類首台電子管計算機(ENIAC)和首台晶體管計算機(TRADIC)運行速度提高10-100倍。這也是世界首台超越早期經典計算機的光量子計算機。

預計到2017年底，研究團隊將進一步實現對大約20個光量子比特的操縱。

中科院研製的光量子計算原型機結構圖

另外，在超導體系，中國也打破了由美國(Google/NASA/加州大學聖塔芭芭拉分校)保持的9個量子比特操縱記錄，自主研發了10比特超導量子線路樣品。

這成功實現了目前世界上最大數目的超導量子比特的多體純糾纏，並通過層析測量方法完整地刻畫了10比特量子態，還在超導量子處理器上實現了快速求解線性方程組的量子演算法。

十超導量子比特的糾纏態

基於超導量子處理器的線性方程解法演示

超導量子計算機路線圖

在此前關於中國這台光量子計算機的介紹中，阿里巴巴的名字並未出現，但其實阿里在這方面的貢獻是相當大的。

兩年前，阿里巴巴就與中科院合作成立了亞洲首個量子計算實驗室，開展在量子信息科學領域的前瞻性研究，探索超越經典計算機的下一代超快計算技術。

雙方很快就取得了優異的成績，將量子計算從學術帶到了現實世界。

今年3月的深圳雲棲大會上，阿里雲公布了全球首個雲上量子加密通訊案例，通過建立多個量子安全傳輸域，為客戶提供無條件安全數據傳輸服務。

不久前馬雲還宣布啟動阿里巴巴的「NASA計劃」，並稱現在研究的目標是為了解決10年、20年後的困難，而量子計算就是阿里巴巴解決20年後計算資源稀缺的秘密武器。

預計到2025年，量子計算機將達到當今世界最快超級計算機的水平，可解決一些目前無法克服的重大科技難題。

中科院阿里巴巴量子計算實驗室

阿里雲實現首個雲上量子加密通訊服務

附量子應用大事記：

1982年，諾貝爾獎獲得者理查德·費曼提出「量子計算機」的概念。

1994年，貝爾實驗室的專家彼得·秀爾證明量子計算機能夠完成對數運算，且速度遠勝傳統計算機。

1997年，科學家首次用一對糾纏光子實現了量子信息傳輸。

2005年，世界第一台量子計算機原型機在美國誕生，基本符合了量子力學的全部本質特性。

2007年2月，加拿大D-Wave系統公司宣布研製成功16位量子比特的超導量子計算機。

2007年，維也納大學的安東·齊林格和他的同事們用一對糾纏光子在加那利群島的兩個島之間傳輸了一份量子信息，傳送距離超過了143千米。

2010年1月，美國哈佛大學和澳洲昆士蘭大學的科學家利用量子計算機準確算出了氫分子所含的能量。

2010年3月，德國於利希研究中心發表公報：該中心的超級計算機JUGENE成功模擬了42位的量子計算機。

2010年，中國科大—清華大學聯合小組成功實現了當時世界上最遠距離的量子態隱形傳輸，傳輸距離達16公里。

2012年3月，IBM做到了在減少基本運算誤差的同時，保持量子比特的量子機械特性完整性。

2015年7月，中國科學院與阿里巴巴集團旗下阿里雲共同成立「中國科學院-阿里巴巴量子計算實驗室」，開展在量子信息科學領域的前瞻性研究。

2016年8月，我國自主研製的世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」成功升空。

2017年3月，馬雲宣布啟動阿里巴巴的「NASA計劃」，並說「現在所研究的目標是為了解決10年、20年後的困難。

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