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2020年12月08日
计纠缠之算,悟量子之梦——陆朝阳教授作客“少年班论坛”

2020年11月25日下午,少年班学院在东区水上报告厅成功举行了本学期“少年班论坛”的第二讲。此次邀请到中国科技大学陆朝阳教授,为广大师生带来题为《量子计算:梦想照进现实》的主题报告。通过这次讲座,陆教授回顾了量子计算的发展历程,展现了研究组最前沿的工作进展,并对未来的量子之梦做出展望。

费曼(Richard Feynman)在上世纪80年代提出了量子计算的设想,描述了一种基于量子叠加原理的计算,在特定问题方面能指数级提高计算的速度。当量子计算机能解决某个经典计算机所无能为力的问题时,即达到了所谓的“量子优越性”。它既是量子计算发展的重要里程碑,也是迈向通用量子计算机的基础。在本次讲座中,陆教授主要就光子玻色取样问题展开论述。该问题描述多个全同光子经过线性网络的一种概率分布。经典计算机几乎无法完成这么困难的计算,而用特制的量子计算机,输入相应的量子光源,就能自然快速得到结果。这能良好地体现量子优越性。但方案提出8年,玻色采样长期只能做操作5个以下光子的原理性实验,无法真正实现量子霸权。

报告伊始,陆教授开宗明义,量子计算的核心指标是量子比特的质量和数量。玻色取样需要构建高效率、高纯度(每次发射一个光子)、高不可区分度的光子源。从过去低效不稳定的光子源到现在99%纯度,97%不可区分度的光子源,陆教授展示了多张第一手的实验数据与图片,带我们回忆了近二十年来由停滞不前,到飞速发展的一步步精进的过程。研究团队,用陆教授的话说“push the limit”,尽力消除每个光子的差异。陆教授还指出“难点不是产生纠缠,而是解除无需的纠缠”。

截至报告之前,陆朝阳教授和同事已完成76个光子的玻色取样。但从量子优越性的实现,到通用量子计算机,还有很长的路要走。要建成通用量子计算机需要几千万到几亿的量子比特,对此,陆教授明确了二者的差异,展示了量子计算的广阔前景。他还提及了量子信息在“机器学习”“隐形传态”“量子模拟”等方面的应用之梦。

报告后期的提问环节中,陆教授详细回答了来自老师和同学的多个问题,并用自己专业的知识对实验的具体原理与操作进行了补充描述。整场报告中,让听众们印象深刻的不仅有陆教授团队的出色工作,还有他严谨求实的科学精神和谦逊理性的科学素养。陆教授认为,“科学的进展依赖于否定之否定”,要做“对自己工作最严厉的批评者”。如此,才能在曲折困难的研究道路上寻找到机遇;对于工作中取得的成绩,陆教授将之归功于整个团队的同事,和优秀的伙伴一起工作实在获益匪浅。

正如报告最后,陆朝阳教授引用周星驰电影台词:“做人没有梦想,跟咸鱼有什么分别?”当梦想照进现实,量子计算未来可期!伴随着热烈的掌声和最后的合影,本次论坛圆满落幕。

日前,中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,构建了76个光子的量子计算原型机“九章”,实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解。根据现有理论,该量子计算系统处理高斯玻色取样的速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍(“九章”一分钟完成的任务,超级计算机需要一亿年)。等效地,其速度比去年谷歌发布的53个超导比特量子计算原型机“悬铃木”快一百亿倍。这一成果使得我国成功达到了量子计算研究的第一个里程碑:量子计算优越性(国外也称之为“量子霸权”)。相关论文于12月4日在线发表在国际学术期刊《科学》。


(少年班学院)

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