量子计算机开启中国速度

在位于上海浦东新区的中国科学技术大学上海研究院实验大楼内，一个不足3平方米的工作台上，上百个元器件看似毫无规则地自由生长着：有的上面光秃无物，有的则顶着像放大镜模样的波片，大小不一，形态各样，周边框梁布满了光纤。很难想象，这就是刚刚问世的中国光量子计算机的主体，一个甫一面世就成了中国科技界乃至世界科技界的闪耀明星。

5月3日，这台计算机的研制方——中国科学院量子信息与量子科技创新研究院在这里宣布，中国科学技术大学潘建伟院士及同事陆朝阳、朱晓波等，联合浙江大学王浩华研究组，构建了这台基于单光子的量子计算机，这是世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机。

一时间评价纷至沓来：“中国科学家再次站在了创新的前沿”“量子计算将彻底改变人类未来的应用前景”……就连这次成果的焦点人物潘建伟也提到，“量子计算研究就像雨后春笋，到了爆发式发展的关键时刻。”那么这台中国造的量子计算机究竟能有何能耐，又将为我们带来什么？

计算速度加快2.4万倍

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。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。

曾有人打过一个比方：如果现在传统计算机的速度是自行车，量子计算机的速度就如同飞机。例如，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。

因为计算能力的革命性突破，如同蒸汽机之于工业文明，量子计算机将成为未来科技的引擎。实验测试表明，该原型机的取样速度不仅比国际同行类似的实验加快至少2.4万倍，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和第一台晶体管计算机运行速度快10倍到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超级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。”潘建伟指出。

计划年底实现20个光量子比特的操纵

多粒子糾缠的操纵作为量子计算的核心资源，一直是国际角逐的焦点。在光子体系，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，团队此次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。

“量子计算领域有几个大家共同努力的指标性节点：第一，展示超越首台电子计算机的计算能力；第二，展示超越商用CPU的计算能力；第三，展示超越超级计算机的计算能力。我们实现的只是其中的第一步，也是一小步，但同时是重要的一步。”潘建伟说。

曾经有科学家预测，除非量子计算机操控的比特数超过50个，量子计算机才能超过现有的经典计算机。此次，中国科学家的成果为10个超导量子比特，超过了之前由谷歌、美国航天航空局和加州大学圣芭芭拉分校公开报道的9个超导量子比特的纪录。

但也有分析称，尽管欧美等国公开报道的成果是9个，但谷歌之前已经放话，要在今年底之前把超导量子计算做到50个比特。因此，这一领域的竞争还远未结束。更何况即使获得了量子计算霸权，让其真正具备解决问题的能力也是路途漫漫。

在潘建伟看来，谷歌、IBM等公司拥有人才优势。尤其是谷歌，目前仍可以算是量子计算机领域的领头羊。但这次研究团队通过高精度脉冲控制和全局纠缠操作实现10比特量子态的成果，使中国在超导体系量子计算机研究领域也进入世界一流水平行列。

根据计划，潘建伟的研究团队将在今年底实现大约20个光量子比特的操纵，20个超导量子比特样品的设计、制备和测试，量子计算机的速度将会成指数增长。也许到时一张闪亮的国家名片又将出现。

量子技术未来将极大改变生活

随着大数据时代的到来，对计算能力的需求可以用“贪得无厌”来形容。同时，计算能力的强弱也对社会的发展起着至关重要的作用。当人们能把有效的数据结果都通过计算给提取出来，每一个数据才会成为真正的财富。

谈到量子计算机未来的应用前景，潘建伟充满信心：“量子通信主要是用在保密方面，它可以大大提高信息安全水平。除此之外，量子计算可能很快在某些特定计算方面超越目前传统的超级计算。这些技术在医学检测、药物设计、基因分析、各种导航等方面也将起到巨大的作用，会给人们的生活带来极大改变。”

据潘建伟介绍，在我国即将启动的量子通信和量子计算机的重大项目里，对光、超导、超冷原子等方向上都已经做了相应的布局。

“在以后的10年到15年里，量子技术领域的竞争将非常激烈。比如英国启动了国家量子技术专项、欧盟启动了量子旗舰专项、美国在论证相应的计划。包括谷歌、IBM、微软等在内的一些美国公司也已介入相关研发。”潘建伟说。（本刊综合）