量子计算机，开启中国速度比人类历史上第一台电子管计算机和晶体管计算机运

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原标题:量子计算机，开放中国比人类历史上第一台电子管计算机和晶体管计算机快10-100倍

3日，中国科学院量子信息与量子技术创新研究所上海实验室的研究人员调整了控制台上的激光干扰机。新华社记者方？拍摄

最近，中国科技大学潘剑伟教授及其同事陆朝扬教授、朱晓波教授与浙江大学王浩华教授在基于光子和超导系统的量子计算机研究方面取得了一系列突破。3日，研究小组正式公布了这一系列研究成果。

潘建伟在现场宣布，在光学系统中，基于去年第一次十光子纠缠操纵，研究小组利用高质量的量子点单光子源，建造了世界上第一台超越早期经典计算机的光学量子计算机。

在超导系统中，研究团队打破了谷歌、美国国家航空航天局(nasa)和加州大学圣巴巴拉分校(ucsb)此前公开报道的9个超导量子位的操控，实现了世界上最大数量(10个)超导量子位的纠缠，并在超导量子处理器上实现了快速求解线性方程的量子算法。

该系列成果已发表在国际权威学术期刊《自然光子学》上，并将很快发表在《物理评论快报》上。

传统的电子计算机是一个15万年的问题，量子计算机只需要1秒钟

1981年，美国物理学家费曼指出，由于量子系统的自然并行处理能力，由其实现的计算机有可能远远超过经典计算机。1994年，麻省理工学院的彼得·肖尔教授提出了一种分解大素因子的有效量子算法，引起了世界各国的强烈兴趣。

“因为量子位是0和1的叠加态，所以它在原理上具有超快的并行计算和模拟能力，并且计算能力随着可操纵的粒子数量呈指数增长。这一特性使得量子计算为经典计算机无法解决的大规模计算问题提供了有效的解决方案。”潘剑伟说:“例如，一个长达300位十进制数的数字，用我们现在的传统电子计算机进行万亿次计算，大约需要15万年。然而，如果一台量子计算机能够被制造出来，并且它的计算频率是万亿次，它只需要一秒钟就能完成计算。从这个角度来看，量子的并行计算能力非常强大。”

此外，操纵50个微观粒子的量子计算机比超级计算机更能处理具体问题。

那么具体的问题是什么？

朱晓波说:“例如，大数分解，这是现在加密的标准算法。然后，如果你能解决一个大的数字分解，你现在可以解密许多加密算法。如果许多加密算法失败，国家金融安全和军事安全将受到严重影响。此外，量子计算机达到一定规模后，很有可能实现大数据的快速搜索，在解决未来的搜索问题上有很大的优势。”

据专家介绍，根据各物理系统的固有优势及其在实现多粒子相干操控和纠缠方面的发展现状和潜力，目前国际学术界普遍领先于基于光子、超冷原子和超导电路系统的量子计算技术的发展。

这项研究仍处于早期阶段，中国计划在年底前实现对大约20个光学量子位的操控

作为量子计算的核心资源，多粒子纠缠的操控一直是国际竞争的焦点。在光子系统方面，潘建伟的团队在多光子纠缠领域处于国际领先水平，并在2016年底创下了10光子纠缠的新纪录。在此基础上，该团队利用自主研发的世界上综合性能最好的量子点单光子源，通过电控可编程光量子电路构建了多光子玻色采样任务的光量子计算原型。

潘建伟说:“实验测试表明，这种样机的玻色采样速度不仅比以前所有类似国际同行的实验至少快24000倍，而且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)快10-100倍。”

这是历史上第一个超越早期经典计算机的基于单光子的量子模拟器，为超越经典超级计算能力的量子计算的最终实现奠定了坚实的基础，被国际学术界称为“量子霸权”。

“在量子计算领域有几个索引节点，大家一起工作:第一，显示出超越第一台电子计算机的计算能力；第二，展示超出商用cpu的计算能力；第三，展示超级计算机之外的计算能力。我们所取得的成就只是第一步和一小步，但却是重要的一步。”潘剑伟说道。

“为实现这一目标，我们的研究团队将计划在今年年底前实现对大约20个光学量子位的操控，这将接近目前最好的商用cpu。”卢朝阳说道。

然而，由于高精度量子操纵技术的极端复杂性，量子计算研究仍处于发展的早期阶段。“像经典计算机那样具有通用功能的量子计算机能否成功开发，整个科学界仍不得而知。”潘剑伟说道。

在信息安全、医学测试、导航等方面。，量子技术将极大地改变未来的生活

随着大数据时代的到来，对计算能力的需求可以用一个词来形容，那就是“永不满足”。同时，计算能力的强弱对社会的发展也起着至关重要的作用。当人们能够计算并提取数据中所有有效的数据结果时，每一个数据都将成为真正的财富。

在谈到量子计算机的未来应用前景时，潘剑伟充满信心:“我认为量子技术领域有几个方面非常接近实用化:量子通信主要用于保密，可以大大提高信息安全水平。此外，量子计算可能很快会在某些特定方面超越传统的超级计算。这些技术也将在医学检测、药物设计、基因分析、各种导航等方面发挥巨大的作用，并将给我们的生活带来巨大的变化。例如，我们目前的天气预报只能预测几天，因为如果要预测第六和第七天，计算时间可能需要100天，预测100天之后的第六和第七天的天气是没有意义的。”

潘建伟表示，在中国即将启动的量子通信和量子计算机重大项目中，已经在光、超导和超冷原子方面做了相应的布局。

“未来10到15年，量子技术领域的竞争将会非常激烈。例如，英国启动了国家量子技术项目，欧盟启动了量子旗舰项目，美国正在演示相应的计划。一些美国公司包括谷歌、ibm、微软等。也参与了相关的研究和开发。”潘剑伟说道。

■扩展阅读

多个状态同时叠加，不可分割且不可克隆

在量子世界里，它真的很神秘

什么是量子？量子是最小且不可分割的能量单位。这个概念诞生于1900年，物理学家普朗克在德国物理学会上宣布了他的成就，这成为量子理论诞生和新物理革命开始的伟大时刻。

分子、原子和电子实际上是量子表达的不同形式。可以说，我们的世界是由量子构成的。

中国科技大学教授朱晓波说，在宏观世界中，物体的运动规律如位置和速度可以用牛顿力学精确测量。然而，在量子微观世界，有完全不同于宏观世界的规则。

量子的奥秘首先在于它的“状态”。在宏观世界中，任何物体在某一时刻都有一个确定的状态和位置。然而，在微观世界中，量子同时处于多个状态和位置的叠加。

奥地利物理学家薛定谔，量子力学的先驱之一，曾经用一只猫来描述量子态叠加:盒子里有一只猫，它在宏观世界里不是活着就是死了。但是如果它在量子世界中，它就同时处于生与死的叠加中。

量子态经不起“看”。也就是说，如果你测量一个量子，它将从多个状态和位置变化到一个确定的状态和位置。如果你打开薛定谔的盒子，猫的叠加会消失，你会看到一只活猫或一只死猫。

如果一个量子已经“奇怪”，那么当两个量子“纠缠”在一起时，不确定性就更强了。根据量子力学理论，如果两个量子之间形成一个“纠缠态”，不管相距多远，当一个量子的状态改变时，另一个量子就会像心灵感应一样“瞬间”改变。

尽管到目前为止，人类还没有弄清楚量子为何如此神秘，但国际主流学术界已经接受了这种特殊性的客观存在。更重要的是，人们可以利用量子的奇异特性开发创新应用，如量子通信和量子计算。

量子通信是科学界利用量子特性开发的最早的信息应用。它的“不可分割性”、“不确定性”和“不可克隆性”等特性使得理论上“绝对安全”的量子通信成为可能。

基于量子的叠加态和纠缠特性，量子计算机被认为是量子信息最强大的应用。未来，其超级计算能力的实现将为金融分析、天气预报等大规模计算提供一个全新的方案。量子计算机还可以通过“模拟”解决科学研究中一些未解之谜。(据新华社上海5月3日电记者陈芳、徐海涛、周琳)