提速 2.4 万倍！中国第一台光量子计算机揭秘

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这几年，中国科技树长势喜人，今天科技界又迎来了一个振奋人心的消息： 世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机在中国诞生！

这标志着，我国的量子计算机研究领域已迈入世界一流水平行列。

据悉， 这台光量子计算机由中国科技大学、中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室、浙江大学、中国科学院院物理所等单位协同完成研发，是货真价实的“中国造”。

国际上最高品质和最高效率的单光子源

量子计算机是指利用量子相干叠加原理，理论上具有超快的并行计算和模拟能力的计算机。如果将传统计算机比作自行车，量子计算机就好比飞机。

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。

举个例子，使用亿亿次的“天河二号”超级计算机求解一个亿亿亿变量的方程组，所需时间为 100 年，而使用一台万亿次的量子计算机求解同一个方程组，仅需 0.01 秒。

据中科院院士潘建伟介绍， 中国 2016 年就首次实现了 10 光量子纠缠操纵，随后在此基础上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，速度比之前国际同行所有类似实验快了至少 2.4 万倍。

对比经典算法，这台光量子计算原型机比人类首台电子管计算机 (ENIAC) 和首台晶体管计算机 (TRADIC) 运行速度提高 10-100 倍。这也是世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机。

预计到 2017 年底，研究团队将进一步实现对大约 20 个光量子比特的操纵。

中科院研制的光量子计算原型机结构图

另外， 在超导体系，中国也打破了由美国 (Google/NASA/加州大学圣塔芭芭拉分校) 保持的 9 个量子比特操纵记录，自主研发了 10 比特超导量子线路样品。

这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 10 比特量子态，还在超导量子处理器上实现了快速求解线性方程组的量子算法。

十超导量子比特的纠缠态

基于超导量子处理器的线性方程解法演示

超导量子计算机路线图

在此前关于中国这台光量子计算机的介绍中，阿里巴巴的名字并未出现，但其实阿里在这方面的贡献是相当大的。

两年前，阿里巴巴就与中科院合作成立了亚洲首个量子计算实验室，开展在量子信息科学领域的前瞻性研究，探索超越经典计算机的下一代超快计算技术。

双方很快就取得了优异的成绩，将量子计算从学术带到了现实世界。

今年 3 月的深圳云栖大会上，阿里云公布了全球首个云上量子加密通讯案例，通过建立多个量子安全传输域，为客户提供无条件安全数据传输服务。

不久前马云还宣布启动阿里巴巴的“NASA 计划 ”，并称现在研究的目标是为了解决 10 年、20 年后的困难，而量子计算就是阿里巴巴解决 20 年后计算资源稀缺的秘密武器。

预计到 2025 年，量子计算机将达到当今世界最快超级计算机的水平，可解决一些目前无法克服的重大科技难题。

中科院阿里巴巴量子计算实验室

阿里云实现首个云上量子加密通讯服务

附量子应用大事记：

1982 年，诺贝尔奖获得者理查德·费曼提出“量子计算机”的概念。

1994 年，贝尔实验室的专家彼得·秀尔证明量子计算机能够完成对数运算，且速度远胜传统计算机。

1997 年，科学家首次用一对纠缠光子实现了量子信息传输。

2005 年，世界第一台量子计算机原型机在美国诞生，基本符合了量子力学的全部本质特性。

2007 年 2 月，加拿大 D-Wave 系统公司宣布研制成功 16 位量子比特的超导量子计算机。

2007 年，维也纳大学的安东·齐林格和他的同事们用一对纠缠光子在加那利群岛的两个岛之间传输了一份量子信息，传送距离超过了 143 千米。

2010 年 1 月，美国哈佛大学和澳洲昆士兰大学的科学家利用量子计算机准确算出了氢分子所含的能量。

2010 年 3 月，德国于利希研究中心发表公报：该中心的超级计算机 JUGENE 成功模拟了 42 位的量子计算机。

2010 年，中国科大—清华大学联合小组成功实现了当时世界上最远距离的量子态隐形传输，传输距离达 16 公里。

2012 年 3 月，IBM 做到了在减少基本运算误差的同时，保持量子比特的量子机械特性完整性。

2015 年 7 月，中国科学院与阿里巴巴集团旗下阿里云共同成立“中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室”，开展在量子信息科学领域的前瞻性研究。

2016 年 8 月，我国自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功升空。

2017 年 3 月，马云宣布启动阿里巴巴的“NASA 计划”，并说“现在所研究的目标是为了解决 10 年、20 年后的困难。

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