世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机在我国诞生

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5月3日，中国科学院在上海召开新闻发布会，宣布世界上第一台超越中国早期经典计算机的光量子计算机诞生。

中国科学院院士、中国科技大学教授潘建伟和他的同事陆朝扬、朱晓波，以及浙江大学教授王浩华，最近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。在光学系统方面，该研究团队于2016年首次实现了十光子纠缠操纵，并利用高质量的量子点单光子源构建了世界上第一台超越早期经典计算机的单光子量子计算机。在超导系统方面，该研究团队突破了谷歌、美国国家航空航天局(nasa)和加州大学圣巴巴拉分校(ucsb)此前报道的9个超导量子位的操控，实现了世界上数量最多的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。相关系列成果发表在国际学术期刊《自然-光子学》和《物理评论快报》上。

量子计算利用量子相干叠加原理，原理上具有超快速并行计算和模拟能力。计算能力随着可控粒子的数量呈指数增长，这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。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。量子计算技术主要通过发展高精度、高效率的量子态制备和相互作用控制技术来实现大规模量子比特的相干操纵。由于其巨大的潜在价值，欧美国家正在积极整合各领域的研究力量和资源，开展合作研究。与此同时，谷歌、微软和ibm等大型高科技公司也积极参与量子计算研究。

作为量子计算的技术制高点，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达到了国际领先水平，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。实验测试表明，与经典算法相比，样机的Bose采样速度不仅比以前所有国际同类实验快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。5月2日，研究结果以一篇长文章的形式发表在《自然-光子学》网上。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”。为了实现这个目标，潘建伟的团队计划在今年年底前实现对大约20个光学量子位的操控。

在超导系统方面，2015年，谷歌(Google)、美国宇航局(nasa)和加州大学旧金山分校(ucsb)宣布实现9个超导量子位的高精度操控，这是中国科学家在2017年首次打破的。朱晓波、王浩华与卢朝扬、潘建伟合作，自主开发了10位超导量子电路样品。通过高精度的脉冲控制和全局纠缠操作，成功实现了世界上最大数量超导量子比特的多体纯纠缠，10比特量子态完全由层析测量表征。研究团队进一步论证了利用超导量子电路求解线性方程组的量子算法，并证明了通过量子计算的并行性来加速求解线性方程组的可行性。相关结果将很快发表在《物理评论快报》上。该研究团队目前正在设计、准备和测试20个超导量子比特样本，并计划在今年年底前发布量子云计算平台。

以上工作由中国科技大学、浙江大学、中国科学院物理研究所等共同完成。，并于2011年获得中国科学院——阿里巴巴量子计算实验室、国家自然科学基金、科技部和教育部的资助。

世界上质量和效率最高的单光子源

基于单光子的量子计算原型结构

十个超导量子比特的纠缠态

基于超导量子处理器的线性方程求解演示

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