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量子计算机团队:前沿研究赶上了好时代

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2017年12月31日晚,国家主席习近平向全国人民致以节日问候。习总书记的“2018年新年贺词”随后在各大媒体平台传播。鼓舞、感动,网友在转发习总书记的新年贺词时无不为祖国2017年的成绩点赞。

中国科学技术大学教授朱晓波更是感同身受。因为在习总书记的“2018年新年贺词”中,特别提到了“量子计算机研制成功”这一成果。这是包含潘建伟、陆朝阳、朱晓波等人在内的中国量子计算机科研团队共同努力的成果。


中国的量子名牌

“听到习主席在新年贺词中提到了我们的工作,我们很激动也备受鼓舞。”朱晓波告诉《中国科学报》记者。近年来,随着国家对科技创新越来越重视,科研人员也更有条件做出最前沿的科学成果,有信心和能力与国际竞争。

走向国际,中国科学家如今越来越有信心参与国际科学竞争,并发出属于中国科学家的声音。

记者在电话联系中国科学技术大学教授、量子计算机团队成员陆朝阳时,他正和量子计算机团队的领头人、中科院院士潘建伟在机场,准备踏上飞往美国的飞机。

1月7日至12日,第48届国际量子电子学物理会议在美国盐湖城召开。在这次会议期间,潘建伟被授予兰姆奖( Willis E. Lamb Award for Laser Science and Quantum Optics ),并作题为“基于光与冷原子的可扩展量子信息处理”的报告。

时间回溯到2017年5月3日,潘建伟代表团队在上海发布了一则重磅消息:世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生。这项成果是由他及同事陆朝阳、朱晓波等人,联合浙江大学王浩华教授研究组协同攻关而成。

自那一刻起,中国的量子计算研究走在了世界的前列。令习总书记在新年贺词中“为中国人民迸发出来的创造伟力喝彩”的量子计算机,与不断突破的量子通信技术一道为中国科学研究向世界亮出了一张“量子”名牌。


打通科研到应用路径

成果卓著,为世界所瞩目。在光量子计算方面,研究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,并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,这是世界首台超越早期经典计算机的单光子量子计算机。实验测试表明,该原型机的取样速度比国际同行类似的实验加快至少24000倍。

此外,在超导体系方面,研究团队自主研发了10比特超导量子线路样品,通过发展全局纠缠操作,成功实现了目前世界上最大数目的超导量子比特的纠缠和完整的测量。

据朱晓波介绍,目前,研究团队正在进行20个光量子比特和20个超导量子比特的操纵实验,“相对于10比特超导量子来说,20比特在操纵、量比设计和制备等各个方面的难度都有所增加,虽然每一步走得都很困难,但我们一直在前进,期待能有个好结果”。

与此同时,为了使得量子计算尽快得到应用,研究团队正将10比特的超导量子处理器放在“云端”。“我们将10个超导量子比特的量子处理器接入云端,希望大家都参与,试图打通科研到应用。”朱晓波介绍道。

作为10个超导量子比特纠缠的主要实现者之一,朱晓波表示,每个人都可以在云端处理器中提交自己的需求。“我们希望通过这个方式,首先让大家对量子计算机感兴趣,验证一些基础量子算法的有效性。”

同时,他们也希望能以此来测量处理器的性能和稳定性。“此前的研究毕竟是在实验室的条件下,该量子处理器就是为了验证其将来是否能良好运行、具备高性能,真正进行公共服务。”朱晓波说。


不为了进步而进步

2017年,量子计算能力的竞争引起了很多人的关注。谷歌在当年4月份宣布将推出49量子位处理器;IBM在11月宣布成功研制20量子位的处理器,还构建了50量子位处理器原型……

许多人在激烈的量子计算竞争中感慨,量子计算的时代或许不远了。不过,中国量子计算研究团队并不单纯以量子比特数目作为竞争目的,“我们更要提高超导量子比特的质量,让量子计算机将来真正能解决实用而有价值的问题。”朱晓波说。

量子计算机实现后,将会有很多领域的应用,例如实现精准的天气预报、躲避飓风海啸,实现高效全局的最优搜索,识别有效的分子组合、降低药物的研发成本和周期,以及更加简便和迅速地指挥交通、理解图像等。

朱晓波告诉记者,未来量子计算机研制将分为三步走。

首先,在某个经典计算机难以解决的特定问题上,实现量子计算机的运行速度比任何一台经典计算机都快;其次,量子计算机解决能够初步应用于一些目前无法解决的重大科技难题,解决更加“有用”的问题,使其具有商业价值,从而大规模推广;最后,研制通用量子计算原型机,突破大规模量子计算机的芯片工艺,从物理层设计、制造,到算法运行实现自主研发,全面实现通用量子计算功能,并应用于大数据处理等重大实际问题。

量子计算机的发展规划稳扎稳打,前景无限光明,但量子计算机团队科研人员更愿意强调的却是,“觉得赶上了好时代,国力强大,国家高度重视科研,才能有机会去做最前沿的工作”。


作者:王佳雯 韩扬眉 来源:科学网

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