圖為記者在實驗室近距離感受世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算機（局部）。新華網 王瑩攝

　　新華網上海5月4日電（王瑩）量子計算機是指利用量子相干疊加原理、理論上具有超快的并行計算和模擬能力的計算機。曾有人打過一個比方：如果現在傳統計算機的速度是自行車，量子計算機的速度就好比飛機。

　　由于量子計算的巨大潛在價值，歐美各國都在積極整合各方面研究力量和資源，開展協同攻關，同時，大型高科技公司如谷歌、微軟、IBM等也強勢介入量子計算研究。

　　據了解，目前，國際學術界在基于光子、超冷原子和超導線路這3種體系的量子計算技術發展上總體較為領先。也就是說，現在進展最快的有3類量子計算機：光量子計算機、超冷原子量子計算機、超導量子計算機。

　　近日，中國科學技術大學潘建偉教授及其同事陸朝陽、朱曉波等，聯合浙江大學王浩華教授研究組，在基于光子和超導體系的量子計算機研究方面取得了系列突破性進展。

　　在光學體系方面，研究團隊在去年首次實現十光子糾纏操縱的基礎上，利用高品質量子點單光子源構建了世界首臺超越早期經典計算機的單光子量子計算機。

　　圖為基于單光子的量子計算原型機結構。潘建偉教授供圖

　　據了解，多粒子糾纏的操縱作為量子計算的技術制高點，一直是國際角逐的焦點。潘建偉團隊在多光子糾纏領域始終保持著國際領先水平，并于2016年底把紀錄刷新至十光子糾纏。在此基礎上，團隊利用自主發展的綜合性能國際最優的量子點單光子源，通過電控可編程的光量子線路，構建了針對多光子“玻色取樣”任務的光量子計算原型機。

　　實驗測試表明，該原型機的“玻色取樣”速度不僅比國際同行類似的之前所有實驗加快至少24000倍，同時，通過和經典算法比較，也比人類歷史上第一臺電子管計算機（ENIAC）和第一臺晶體管計算機（TRADIC）運行速度快10-100倍。

　　這是歷史上第一臺超越早期經典計算機的基于單光子的量子模擬機，為最終實現超越經典計算能力的量子計算這一國際學術界稱之為“量子稱霸”的目標奠定了堅實的基礎。朝著這個目標，潘建偉研究團隊將計劃在今年年底實現大約20個光量子比特的操縱。

　　圖為超導量子計算機內部結構圖。潘建偉教授供圖

　　在超導體系方面，2015年，谷歌、美國航天航空局和加州大學圣芭芭拉分校宣布實現了9個超導量子比特的高精度操縱。這個記錄在2017年被中國科學家團隊首次打破。

　　朱曉波、王浩華和陸朝陽、潘建偉等合作，自主研發了10比特超導量子線路樣品，通過高精度脈沖控制和全局糾纏操作，成功實現了目前世界上最大數目的超導量子比特的多體純糾纏，并通過層析測量方法完整地刻畫了十比特量子態。

　　研究團隊利用超導量子線路演示了求解線性方程組的量子算法，證明了通過量子計算的并行性加速求解線性方程組的可行性。研究團隊正在致力于20個超導量子比特樣品的設計、制備和測試，并計劃于今年年底前發布量子云計算平臺。

　　圖為超導量子計算機路線圖。潘建偉教授供圖

　　對于量子計算機的前景，潘建偉認為，“量子計算機可以實用化，未來全世界會有很多臺，但不需要家家都有。”在他看來，量子計算機可以和現有的經典計算機配合使用。以現有的手機終端為例，手機就是小型計算機，它要做成低溫的量子計算機，會很難、也沒有必要。“但你可以通過云計算平臺，用手機把需要完成的計算任務送到云端，讓后臺的量子計算機來完成。”

　　潘建偉表示，傳統計算機能算好的問題，量子計算機不需要再去介入。量子計算機瞄準的，是傳統計算機不能解決的難題。“比如玻色取樣對經典計算機太難了，量子計算機在這方面就顯得特別強大。”

　　據潘建偉介紹，當量子計算機實用化以后，將能解決密碼分析、氣象預報、藥物設計、金融分析、石油勘探、人工智能、大數據等領域內的難題。

　　圖為記者在實驗室近距離感受世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算機（局部）。新華網 王瑩攝

　　圖為記者在實驗室近距離感受世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算機（局部）。新華網 王瑩攝

　　圖為記者在實驗室近距離感受世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算機（局部）。新華網 王瑩攝

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　　圖為量子計算機研究實驗裝置。陸朝陽教授供圖

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