【燕赵晚报】中国首台光量子计算机亮相上海 2017-05-05

首次实现10个超导量子比特纠缠 未来运行速度将秒杀超级计算机

 

世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机在上海亮相。记者3日从中国科学院获悉,我国科学家首次实现10个超导量子比特的纠缠,打破此前世界纪录,在基于超导体系的量子计算机研究方面取得突破性进展。一个世纪前,那场关于“上帝到底掷不掷骰子”的爱因斯坦-玻尔论战,为人类开启了量子世界之门;进入21世纪,量子通信、量子计算等核心技术飞速发展,一场新的量子革命正在到来。

 

我国科学家实现10个超导量子比特纠缠

 

世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机3日在上海亮相,十个超导量子比特纠缠首次成功实现,打破此前世界纪录,中国科学家再次站在了创新的前沿。

  中国科学技术大学潘建伟院士及其同事朱晓波等,联合浙江大学王浩华教授研究组,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。

  据介绍,发展量子计算技术的主要挑战是通过发展高精度、高效率的量子态制备与相互作用控制技术,实现规模化量子比特的相干操纵。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。

  据介绍,量子计算利用量子相干叠加原理,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。例如,一台操纵50个微观粒子的量子计算机,对特定问题的处理能力可超过目前的超级计算机。

 

新版“神算子”有多神?——未来将秒杀超级计算机

 

芯片越来越小,传统计算机未来必将遭遇计算极限。求解一个亿亿亿变量(10的24次方)的方程组,利用目前的超级计算机,大约需要100年。而对类似这样的大规模计算难题,如果借助万亿次量子计算机,只需0.01秒。

  全新的量子计算机利用量子特有的“叠加状态”,以采取并行计算的方式,让速度以指数量级地提升。中国科学技术大学潘建伟院士和陆朝阳教授等研制的光量子计算机,已经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倍至100倍。

  潘建伟说,在量子计算基础研究领域,就计算能力而言,科学界有三个达成共识的指标性节点:第一步超越首台经典计算机,第二步超越商用CPU,第三步超越超级计算机。“目前我们实现的只是其中的第一步,但这一小步却是重要的一步。”

  陆朝阳表示,预计年底可以实现操纵20个量子比特、达到目前商用CPU水平;到2020年,有望实现操纵45个量子比特的目标,向经典超级计算机的计算能力发起挑战。

 

  全球角力场有几多?——欧美积极布局

 

由于量子计算的巨大潜在价值,欧美各国都在积极整合各方面研究力量和资源,开展协同攻关,大型高科技公司如谷歌、微软、IBM等也强势介入量子计算研究。

  来自中国科学院量子信息和量子科技创新研究院的信息显示,国际学术界关于量子计算技术的发展,集中于光子、超冷原子和超导线路这三个研究体系。

  “最快带来实际价值的体系是超冷原子量子模拟,将来很可能集成化的是超导量子计算,谷歌、IBM都在投入大量资源,积极布局。”潘建伟说。

  2015年,谷歌、美国航天航空局和加州大学圣芭芭拉分校宣布实现了9个超导量子比特的高精度操纵。此次,潘建伟及其同事朱晓波等,联合浙江大学王浩华教授研究组,首次实现10个超导量子比特的纠缠,在基于超导体系的量子计算机研究方面取得突破性进展。

 

  何时能普及?——10年内有望“实用化”

 

量子计算机的问世,有助于解决现有计算机也难以解决的问题。

  专家认为,计算能力极限的大幅提升,意味着量子计算机可以分析更多数据。比如,实现精准的天气预报,躲避飓风海啸;计算优化的出行线路,让城市减少堵车;识别有效的分子组合,降低药物的研发成本和周期;甚至可以用于探索太空,较快辨别可能存有生命体的行星。

  潘建伟预测,造出“专用”量子计算机,在求解材料设计、化学研究、物理研究等特别需要、特别有用的问题上超越“超级计算机”,有望在10年出现,最终还将拓展到量子人工智能领域。

 

  量子 ——微观世界的“小精灵”

 

究竟什么是“量子”,它如何改变我们的生活?让我们一起来认识一下这个微观世界里的“小精灵”。

  量子是最小的、不可再分割的能量单位。我们中学物理书上提到的分子、原子、电子,其实都是量子的不同表现形式。也可以说,我们的世界都是由量子组成的。而我们每个人,都是“24K”纯量子产品。

  量子的神秘之处首先体现在它的“状态”。在宏观世界里,任何一个物体在某一时刻有着确定的状态和确定的位置。但在微观世界里,量子却同时处于多种状态和多个位置的“叠加”。

  如果说一个量子已经很“奇怪”,那么当两个量子“纠缠”在了一起,那种不确定性连爱因斯坦都受不了了。根据量子力学理论,如果两个量子之间形成了“纠缠态”,那么无论相隔多远,当一个量子的状态发生变化,另一个量子也会超光速“瞬间”发生如同心灵感应的变化。

  虽然直至今天,人类仍然还没搞清楚量子为何如此之“神秘”,但国际主流学界已经接受了量子这种特殊性的客观存在。

  基于量子的叠加态与纠缠特性,量子计算机被认为将是最具威力的量子信息应用。此次亮相的多光子可编程量子计算机,就是探索之一。未来,其超级计算能力的实现,将为金融分析、气象预报、药物设计等大规模计算提供全新的方案。量子计算机还可以通过“模拟”,来解决科学研究中的一些未解之谜。文/图 据新华社

 

燕赵晚报2017年5月4日
 
 http://yzwb.sjzdaily.com.cn/html/2017-05/04/content_1316528.htm


     
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