中国科学院日前宣布，在量子计算机研究方面取得了突破性进展，构建出世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机。
位于上海的中科院量子信息和量子科技创新研究院实验室内，三平方米的工作台上成百上千密密麻麻元器件组成的这台光量子计算机，与人们平日使用的计算机毫无相似之处。尽管这个量子计算机的“婴儿”还不如你握着的手机运算速度快，但著名物理学家、中国科学院院士潘建伟说，它是量子计算机打败经典超级计算机征途中“非常重要的一大步。”
近年来，传统计算机的性能增长越来越困难。探索全新物理原理的高性能计算技术的需求应运而生。科学家认为，量子计算机会成为未来科技的引擎，是打开无限可能性的钥匙。一些经典算法不可能完成的任务，量子算法却可以轻松搞定。如果将未来的量子计算机比作大学教授，今天所谓超级计算机的能力甚至还比不上刚上幼儿园的小班儿童。
潘建伟介绍，量子计算利用量子态的叠加性质，可以实现计算能力的飞跃。现在计算机的运算单位比特只有0和1这两种状态，但量子计算机中可以处在0和1的叠加态上。如果操纵的量子数目增多，它就会以指数级增长来提升计算机的运算速度。
但科学家说，在可预见的将来，量子计算机并不会替代人们桌上的电脑和口袋里的手机，它更不是用来玩网络游戏和发微信的。量子计算机实际上是用来处理一些经典电子计算机的老大难问题。
“比如，有一类问题叫‘玻色取样’，它的计算复杂度是随着粒子数的增加而指数增长的。”中国科学技术大学陆朝阳教授解释说：“这是被称为‘量子称霸’的任务，科学家最初设计这个问题的动机就是为了显示量子计算机的能力，跟经典的计算机竞赛，看看谁跑得快。”
专家估计，一台操纵50个微观粒子的量子计算机，对“玻色取样”这类特定问题的处理能力可秒杀目前最强大的超级计算机。如果操纵100个量子，其计算能力可能比目前最强大的超级计算机快百亿亿倍。如果将来能够做到1000个量子以上，科学家也许就可以研究意识是怎么产生的，或许能催生强大到无法想象的人工智能。
不过，迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机。但世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。
目前， 中国科学技术大学潘建伟团队在三个很有希望的方向努力推进：光子量子计算、超冷原子量子计算和超导量子计算。
近日，潘建伟及其同事联合浙江大学王浩华教授研究组，在基于光子和超导体系的量子计算机研究方面取得了系列突破性进展。
据介绍，多粒子纠缠的操纵作为量子计算的技术制高点，一直是国际角逐的焦点。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，潘建伟团队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。
据悉，中国科学家下一步目标是在年底实现大约20个光量子比特的操纵，并致力于20个超导量子比特样品的设计、制备和测试；到2020年，希望能够达到50个左右量子比特的操纵，并能够研制超导量子计算机。
“我认为10年之内做到100个量子比特的操纵没有问题，它的计算能力可以达到现在全世界计算能力总合的百万倍。”潘建伟说。
原文发布时间为：2017年05月10日
本文作者：喻菲 全晓书 周琳
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