ZT重磅！世界首台光量子计算机原型机在中国诞生

坚持到底

2017-05-03 10:30:59字号：A- A A+来源：观察者网综合
关键字: 光量子计算机诞生中国量子计算机
【观察者网TMT报道】五一假期刚过，科技界就迎来一个重磅消息：世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机原型机诞生！中国科学院5月3日在上海举行新闻发布会发布了这一消息。
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这次一共发布了两个量子计算机的原型，一种基于超导，一种基于光学。其中，10比特超导量子线路样品，演示了求解线性方程组的量子算法，相关成果即将发表于国际权威期刊《物理评论快报》。
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中科院研制的光量子计算机线路图 中国科学院阿里巴巴量子计算实验室供图
针对多光子“玻色取样”任务的光量子计算原型机，是历史上第一台超越早期经典计算机量子模拟机，比国际同行类似的实验加快至少24000倍，5月2日，该研究成果以长文的形式在线发表于《自然光子学》。
更令人振奋的是，这个“世界首台”是货真价实的“中国造”，属中国科学技术大学潘建伟教授及其同事陆朝阳、朱晓波等，联合浙江大学王浩华教授研究组攻关突破的成果。
什么是量子计算机？曾有人打过一个比方：如果现在传统计算机的速度是自行车，量子计算机的速度就好比飞机。使用亿亿次的“天河二号”超级计算机求解一个亿亿亿变量的方程组，所需时间为100年。而使用一台万亿次的量子计算机求解同一个方程组，仅需0.01秒。
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中国科学院阿里巴巴量子计算实验室 资料图
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。在光子体系，潘建伟团队在国际上率先实现了五光子、六光子、八光子和十光子纠缠，一直保持着国际领先水平。在超导体系，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。这个记录在2017年被中国科学家团队打破。
根据今天发布会上的消息，潘建伟、朱晓波、王浩华等自主研发了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。进一步，研究团队利用超导量子线路演示了求解线性方程组的量子算法，证明了通过量子计算的并行性加速求解线性方程组的可行性。相关成果即将发表于国际权威期刊《物理评论快报》。
在光量子计算方面，潘建伟、陆朝阳等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。实验测试表明，该原型机的取样速度不仅比国际同行类似的实验加快至少24000倍，同时，通过和经典算法比较，也比人类历史上第一台电子管计算机（ENIAC）和第一台晶体管计算机（TRADIC）运行速度快10-100倍。
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中科院微博截图
以前，量子计算速度比经典计算机快还只是停留在理论中，而该台原型机将这一理论变成现实迈出了坚实的第一步，把量子计算机真正推向和经典计算机竞争的擂台。这是历史上第一台超越早期经典计算机量子模拟机，为最终实现超越经典计算能力的量子计算这一国际学术界称之为“量子称霸”的目标奠定了坚实的基础。
在超导体系，该研究团队自主研发了10比特超导量子线路样品，通过高精度脉冲控制和全局纠缠操作，成功实现了目前世界上最大数目的超导量子比特的多体纯纠缠，并通过层析测量方法完整地刻画了10比特量子态。这一成果打破了美国之前保持的9个量子比特操纵的记录，形成了一个完整的超导计算机的系统，使我国在超导体系量子计算机研究领域也进入世界一流水平行列。
根据计划，潘建伟研究团队将计划在今年年底实现大约 20 个光量子比特的操纵， 20 个超导量子比特样品的设计、制备和测试，量子计算机的速度将会成指数增长。
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量子计算机是指利用量子相干叠加原理，理论上具有超快的并行计算和模拟能力的计算机。随着可操纵的粒子数的增加，量子计算机的计算能力呈指数增长，可以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，具有巨大的发展潜力。一台操纵 50个微观粒子的量子计算机，对一些特定问题的处理能力甚至比超级计算机更强。如果现在经典计算机的速度是自行车，那量子计算机的速度就好比飞机。并行计算让量子计算机一秒钟就可完成超级计算机几年的计算任务，几天内就能解决传统计算机花费数百万年时间才能处理的问题。正是因为其广阔的发展前景，许多欧美发达国家以及大型高科技公司纷纷布局相关研究。
目前，发展这一技术的关键在于如何通过发展高精度、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。国际上学术界对于量子计算技术的研究主要基于光子、超冷原子和超导线路三个体系上。我国科学家日前在光子和超导线路上取得的重大突破，对于量子计算机的研究与应用具有标志性意义。
附表 量子应用大事记
1982年，诺贝尔奖获得者理查德·费曼提出“量子计算机”的概念。
1994年，贝尔实验室的专家彼得·秀尔证明量子计算机能够完成对数运算，且速度远胜传统计算机。
1997年，科学家首次用一对纠缠光子实现了量子信息传输。
2005年，世界第一台量子计算机原型机在美国诞生，基本符合了量子力学的全部本质特性。
2007年2月，加拿大D-Wave系统公司宣布研制成功16位量子比特的超导量子计算机。
2007年，维也纳大学的安东·齐林格和他的同事们用一对纠缠光子在加那利群岛的两个岛之间传输了一份量子信息，传送距离超过了143千米。
2010年1月，美国哈佛大学和澳洲昆士兰大学的科学家利用量子计算机准确算出了氢分子所含的能量。
2010年3月，德国于利希研究中心发表公报：该中心的超级计算机JUGENE成功模拟了42位的量子计算机。
2010年，中国科大—清华大学联合小组成功实现了当时世界上最远距离的量子态隐形传输，传输距离达16公里。
2012年3月，IBM做到了在减少基本运算误差的同时，保持量子比特的量子机械特性完整性。
2015年7月，中国科学院与阿里巴巴集团旗下阿里云共同成立“中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室”，开展在量子信息科学领域的前瞻性研究。
2016年8月，，我国自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功升空。
2017年3月，马云宣布启动阿里巴巴的“NASA计划”，并说“现在所研究的目标是为了解决10年、20年后的困难。

不爱吱声

好，说明国内相关技术已经在路上并且跑在第一梯队。

google是目前在设计30~50 qubit的设备，计划今年年底验证。目前主要难点就是如何scalable and programmable。由于是并行处理，增加几个gubit,计算能力成几何级数增长，但是控制光量子coherent state的难度，以及编程的难度也是成几何级数增长。即便能够实现50 qubit的设备,那能保证相应控制流程和算法都会不牺牲取样速度吗？这都是待解决的问题。

目前应该是学术意义大于实际应用意义。但个人看好其前景，或许需要的只是时间。

短刀

有人认为潘建伟的量子通信和量子计算机，与水变油一样，层层被绑架。。。。至。。高层。

做为文科小白，求技术大牛鉴定。。。

穿着裤衩裸奔

短刀 发表于 2017-5-4 11:52
有人认为潘建伟的量子通信和量子计算机，与水变油一样，层层被绑架。。。。至。。高层。

做为文科小白，求 ...

你八成机率猜中了

不爱吱声

短刀 发表于 2017-5-3 21:52
有人认为潘建伟的量子通信和量子计算机，与水变油一样，层层被绑架。。。。至。。高层。

做为文科小白，求 ...

水变油是违反科学原理的纯忽悠。

这个量子计算是有理论基础并且国际上很多公司学校在搞的东西，与“水变油”等同有点过了。

不过，这个新闻称其为“世界首台光量子计算机原型机”，这个就实在是太夸张了，是把麻雀说成飞机了。

NATURE PHOTONICS 的原文 High-efficiency multiphoton boson sampling
abstract
Boson sampling is considered as a strong candidate to demonstrate ‘quantum computational supremacy’ over classical computers. However, previous proof-of-principle experiments suffered from small photon number and low sampling rates owing to the inefficiencies of the single-photon sources and multiport optical interferometers. Here, we develop two central components for high-performance boson sampling: robust multiphoton interferometers with 99% transmission rate and actively demultiplexed single-photon sources based on a quantum dot–micropillar with simultaneously high efficiency, purity and indistinguishability. We implement and validate three-, four- and five-photon boson sampling, and achieve sampling rates of 4.96 kHz, 151 Hz and 4 Hz, respectively, which are over 24,000 times faster than previous experiments. Our architecture can be scaled up for a larger number of photons and with higher sampling rates to compete with classical computers, and might provide experimental evidence against the extended Church–Turing thesis.

没提“光量子计算机原型机”，他们强调的是高效率的“波色取样”方法/技术。



他们文章中的图一给出的是测试这个取样方法的试验设置，既不是什么“计算机原型机”，更不是“世界首台”。

至于量子通信，媒体说的和实际情况的出入也是大得离谱。。。

青青的蓝

不爱吱声 发表于 2017-5-4 12:22
水变油是违反科学原理的纯忽悠。

这个量子计算是有理论基础并且国际上很多公司学校在搞的东西，与“水变 ...

求科普

财迷心窍

青青的蓝 发表于 2017-5-4 15:10
求科普

转自知乎

量子计算机有很多种实现方式, 在中科大及中科院之声微信号的报道里, 同时提了光量子计算机和超导量子计算机的成果, 容易让人混淆。。。那么关于中科大量子计算机的报道里具体说了哪些成果呢?

第一个成果是, 是对于Boson Sampling这个特定问题 (对于该问题量子算法指数级优于经典算法), 中科大做出了一台专门计算Boson Sampling的光量子计算机, 计算了3, 4, 5光子的Boson Sampling问题, 其计算速度比早期经典计算机要快.
第二个成果是, 中科大实现了10个超导量子比特的纠缠.
第三个成果是, 中科大在4个超导量子比特上运行了一个解线性方程组的量子算法.

个人认为第一个成果科研意义很大, 但实际应用的意义可能不大, 因为通过光子实现通用量子计算机的前景似乎不如超导系统或离子阱系统好. 第二和第三个成果意义很大, 第二个成果应该是已公开的超导量子系统中实现的最多比特数的纠缠. 因此中科大在世界上的超导量子计算领域里起码是在第一集团. 但现在该领域最领先的Google团队的目标是49比特的超导计算机, 甚至放出消息说可能在17年年底实现. 所以中国团队只是暂时领先. Google要实现49比特的原因是, 该量子计算机在解决特定的量子模拟问题上, 可以超过现在世界上最快的经典计算机, 真正意义上实现Quantumn Supremacy.

评论中关于Google团队的技术水平
谷歌是直奔49比特去的, 所以并没有发表中间阶段的一些成果. 科大的10比特和之前谷歌的9比特都是平面工艺. 而谷歌及一些大研究组为了实现更多比特的集成已经开始研究3D集成工艺, 谷歌的技术还是领先很多的.

青青的蓝

财迷心窍 发表于 2017-5-4 16:38
转自知乎

量子计算机有很多种实现方式, 在中科大及中科院之声微信号的报道里, 同时提了光量子计算机和超 ...

不求最好，但求实用。一步一步走稳，积微速成

关中农民

不爱吱声 发表于 2017-5-4 12:22
水变油是违反科学原理的纯忽悠。

这个量子计算是有理论基础并且国际上很多公司学校在搞的东西，与“水变 ...

现在实在是怕了天朝的科研浮夸风了，亩产万斤层出不穷，潘建伟并不算浮夸的人，一直也比较低调。如果他也不得不卷入浮夸，那这风气还真是厉害啊。
春雨的事情不声不响就没人管了，反正他什么都得到了。这给作假浮夸的人是什么信号？能不浮夸作假嘛