科研人员在中科院量子信息和量子科技创新研究院上海实验室内调整激光干扰器。新华社发
昨天，中国科学院量子信息和量子科技创新研究院在上海发布重磅消息：潘建伟团队在去年底首次实现十光子纠缠操纵的基础上，利用高品质量子点单光子源，构建了世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机。团队还联合浙江大学王浩华教授研究组，实现了目前世界上最大数目（10个）超导量子比特的纠缠。
业内人士普遍的共识是，当量子计算机发展到50个量子位的时候就能够实现“量子称霸”，超过世界上任何传统计算机。由潘建伟团队构建的世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机，为最终实现这一目标奠定了坚实的基础。
运行速度超越早期经典计算机
这台光量子计算机究竟长啥样？记者在光量子计算实验室里看到，这台光量子计算机由两个重要部分组成，一是高品质量子点单光子源，它通过激光来激发量子点（量子点也被称为“人造原子”，具有制备可控、芯片化、容易集成等优势），每次产生一个单光子。这个单光子的性能是目前国际上最好的，其品质甚至比世界排名第二的还要好上10至100倍。高品质单光子的背后，得益于电子线路的超低损耗。国际上同类设备在产生单光子时会损耗70%，只有30%可以利用。而这台设备仅仅损耗1%，利用率高达99%。
高品质单光子产生以后，通过光纤被引到可称之为“处理器”或“光学量子网络”的地方，这正是光量子计算机的第二个重要组成部分。单光子被分成5路，进入由上百个光学器件组成的矩阵。经过科学家的操控后，处理结果就会显示在计算机的屏幕上。这个“处理器”虽然样子比较简陋，但其“玻色取样”速度不仅比国际同行之前类似的所有实验加快至少24000倍，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—100倍。
今年年底前发布量子云计算平台
“如果求解一个亿亿亿变量的方程组，利用世界上最快的亿亿次超级计算机需要100年，而利用万亿次量子计算机，只需0.01秒。”量子计算对于经典计算机无法解决的大规模计算难题可以提供有效解决方案，比如密码分析、气象预报、药物设计、金融分析和石油勘探等。
正是由于量子计算的巨大潜在价值，欧美各国都在积极整合各方面研究力量和资源，开展协同攻关。IBM计划未来5年内投资约30亿美元，主要包括量子计算、神经网络、硅光子技术等。
昨天，中国科学院量子信息和量子科技创新研究院还带来了另一个惊喜：潘建伟及其同事陆朝阳、朱晓波等，联合浙江大学王浩华教授研究组，打破了之前由谷歌、美国航天航空局和加州大学圣芭芭拉分校公开报道的9个超导量子比特的操纵，实现了目前世界上最大数目（10个）超导量子比特的纠缠。陆朝阳表示，预计年底可以实现操纵20个量子比特、达到目前商用CPU水平；到2020年，有望实现操纵45个量子比特的目标，向经典超级计算机的计算能力发起挑战。
眼下，中国研究团队正致力于20个超导量子比特样品的设计、制备和测试，并计划于今年年底前发布量子云计算平台。
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