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  • 中国科学家构建世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机比人类历史上第一台

    中国科学家打造世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机

    量子计算机,开启中国速度

    比人类历史上第一台电子管计算机和晶体管计算机快10-100倍

    5月3日,研究人员在中科院量子信息与量子技术创新研究所上海实验室对手术台上的激光干扰器进行了调整。

    新华社记者 方哲 摄

    近日,中国科学技术大学潘建伟教授和他的同事卢朝阳教授、朱晓波教授等,与浙江大学王浩华教授课题组一起,取得了一系列突破性进展。基于光子和超导系统的量子计算机。3日,课题组正式发布了这一系列研究成果。

    潘建伟在现场宣布,在光学系统方面,研究团队在首次实现十光子纠缠的基础上,利用优质量子点单光子源,打造了世界上第一台超越早期经典计算机的光学量子计算机去年操纵。

    在超导系统中,研究团队打破了谷歌、NASA(美国国家航空航天局)和UCSB(加州大学圣巴巴拉分校)此前报道的9个超导量子比特的操纵,实现了目前世界上数量最多的纠缠(10) 超导量子比特和实现在超导量子处理器上求解线性方程组的快速量子算法。

    该系列成果已发表在国际权威学术期刊《Nature Photonics》上,即将发表在《Physical Review Letters》上。

    传统电子计算机解决问题需要15万年计算机有哪些经典算法,量子计算机仅需1秒

    1981年,美国物理学家费曼指出,由于量子系统天然的并行处理能力,其实现的计算机很可能远超经典计算机。1994 年,麻省理工学院的 Peter Shor 教授提出了一种分解大素因子的高效量子算法。量子计算引起了世界各国的浓厚兴趣。

    “由于量子比特是0和1的叠加,原则上具有超快的并行计算和模拟能力,计算能力随着被操纵粒子的数量呈指数级增长。这一特性使得量子计算无法解决经典计算机所面临的大规模计算问题提供有效的解决方案。” 潘建伟说,“比如一个小数点长300位的数字,如果用我们现在的传统电子计算机计算万亿次,大约需要15万年。但如果能计算出来的话。如果造出一台量子计算机的话。” ,而且它的计算频率也是万亿次,只需要1秒就可以完成计算。从这个角度来看,量子的并行计算能力是非常强大的。”

    此外,操纵 50 个微观粒子的量子计算机比超级计算机更能处理某些问题。

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    具体有哪些问题?

    朱晓波说:“比如大数的分解是一种用于加密的标准算法。如果能解决大数的分解计算机有哪些经典算法,就可以解密很多加密算法。如果很多加密算法失效,国家将金融安全、军事安全等都会受到严重影响。另外,量子计算机达到一定规模后,极有可能实现对大数据的快速搜索,这将在未来解决搜索问题上具有巨大优势。”

    据专家介绍,根据各物理系统的固有优势及其在实现多粒子相干操纵和纠缠方面的发展现状和潜力,目前国际学术界正在发展基于光子、超冷原子和超导电路系统的量子计算技术。整体比较先进。

    研究尚处于初期,我国计划年底实现对20个左右光量子比特的操控

    作为量子计算的核心资源,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,潘建伟团队在多光子纠缠领域始终保持国际领先水平,并在2016年底创下十光子纠缠记录。在此基础上,团队采用了自主研发的全球综合性能最佳的量子点单光子源,并通过电子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。

    潘建伟说:“实验测试表明,该原型的‘Bose 采样’速度不仅比以往所有国际同类同行的实验速度至少快 2.40,000 倍,而且与经典算法相比,它是也比人类历史还要快。第一台电子管计算机 (ENIAC) 和第一台晶体管计算机 (TRADIC) 的运行速度要快 10-100 倍。

    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,为最终实现超越经典超级计算能力的量子计算奠定了坚实的基础,国际学术界称之为“量子霸权”的目标。

    “在量子计算领域,有几个大家共同努力的指标节点:一是展示超越第一台电子计算机的算力;二是展示超越商用CPU的算力;三是展示算力超越超级计算机。我们取得的只是第一步,一小步,但却是重要的一步。” 潘建伟说。

    “朝着这个目标,我们的研究团队计划在今年年底前实现对大约20个光学量子比特的操控,这将接近目前最好的商用CPU。” 陆朝阳说道。

    然而,由于高精度量子操纵技术的极端复杂性,量子计算研究仍处于发展初期。潘建伟说:“能否成功开发出像经典计算机一样具有通用功能的量子计算机,整个科学界还不得而知。”

    在信息安全、医疗检测、导航等方面,未来量子技术将极大改变生活

    随着大数据时代的到来,对算力的需求可以用一个词来形容,那就是“贪婪”。同时,算力的强弱对社会的发展也起着至关重要的作用。当人们可以通过计算提取数据中的有效数据结果,每一个数据都将成为真正的财富。

    我们可以预测第六天和第七天。天气没有任何意义。”

    据潘建伟介绍,在我国即将启动的量子通信和量子计算机重大项目中,在光、超导、超冷原子等方向都做了相应的布局。

    “未来 10 到 15 年,量子技术领域的竞争将非常激烈。比如英国启动了国家量子技术项目,欧盟启动了量子旗舰项目,美国“正在展示相应的计划。包括谷歌、IBM、微软在内的一些美国公司,也已经参与了相关研发。” 潘建伟说。

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