基于单光子的量子计算原型机结构

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    5月3日，中国量子计算机研究取得重磅成果：世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生。此台光量子计算机由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等协同研发，标志着中国在量子计算机研究领域迈入世界一流水平行列。

计算速度加快2.4万倍

量子计算机具有超快的并行计算和模拟能力，计算能力随可操纵的粒子数呈指数增长。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如同飞机。例如，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。

因为计算能力的革命性突破，如同蒸汽机之于工业文明，量子计算机将成为未来科技的引擎。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2.4万倍，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和第一台晶体管计算机运行速度快10到100倍。“这是第一台超越早期经典计算机ENIAC的基于单光子的量子模拟机，为最终实现超越经典计算能力的量子计算奠定了基础。”陆朝阳指出。

占据“量子称霸”先机

“量子计算基础研究领域有几个大家共同努力的指标性节点：第一，展示超越首台电子计算机的计算能力；第二，展示超越商用CPU的计算能力；第三，展示超越超级计算机的计算能力。我们实现的只是其中的第一步，一小步，但是是重要的一步。”潘建伟介绍说。

超越经典计算能力的量子计算被国际学术界称为“量子称霸”，战略意义重大。目前IBM、谷歌、微软和中国的研究小组都致力于量子计算机的研发，中国已经领先一步为这一目标奠定了坚实的技术基础。据悉，研究团队正在致力于20个超导量子比特样品的设计、制备和测试，于今年年底前发布量子云计算平台；计划5年之后实现50个量子比特的相干操纵，计算潜力将超越超级计算机“太湖之光”；用15年左右时间，构建天地一体的有量子通信安全保障的未来互联网，即量子互联网。届时，量子计算将在公共安全、交通运输、气象监测等各个领域极大改变我们的生活。

领跑量子科研应用

“他们使得中国科学技术大学，因而也是整个中国，牢牢地在量子计算的世界地图上占据了一席之地。”英国《新科学家》杂志评价潘建伟团队时说。中国量子科研和应用异军突起，已经成为世界量子科研领域的领先国家之一。

除了量子计算方面的“弯道超车”，在量子通信领域，中国已达到世界顶尖水平，领先欧美国家。我国量子保密通信技术已经从实验室演示走向产业化和实用化，正朝着高速率、远距离、网络化的方向快速发展。世界第一条量子通信保密干线——全长2000余公里的“京沪干线”已于去年全线贯通，目前正在进行最后测试，可为沿线城市间的政府、金融机构等提供高速、高安全等级的信息传输保障。去年8月发射的中科院量子科学实验卫星“墨子号”，将实现高速星地量子秘钥分发、星地量子纠缠分发和千公里级的空地量子隐形传输。“目前，已建立起星地信道，为后期实验打下基础，以便最后形成天地一体的量子通信网络。”潘建伟说。