刷爆朋友圈的量子计算机,背后究竟蕴含怎样厉害的工作?

作者: 葛自勇

来源: 中科院物理所微信公众号

发布日期: 2017-05-04 12:18:11

中国科学院在量子计算机研究方面取得了一系列突破性进展,包括实现十光子纠缠操纵、十个量子比特的纠缠和逻辑操作,以及利用四比特求解线性方程组的指数加速。量子计算机利用量子力学原理进行计算,具有强大的计算能力,但在实际应用中面临系统退相干时间和可扩展性的问题。超导量子计算被认为是最有潜力的系统之一,未来有望超越传统计算机。

5月3日,中国科学院在上海召开新闻发布会,中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟及其同事陆朝阳、朱晓波等,联合中国科学院物理研究所、浙江大学教授王浩华研究组、福州大学教授郑仕标研究组,正式发布了他们在基于光子和超导体系的量子计算机研究方面取得的一系列突破性进展的成果。

第一项成果是在光学体系,潘建伟的研究团队在去年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单光子量子计算原型机,并在该原型机上演示了高效率多光子玻色取样实验(玻色取样是作为证明“量子霸权”的一个典型例子)。

第二项工作是在超导线路上实现十个量子比特的纠缠和逻辑操作,这项工作打破了2015年John M. Martinis在超导线路中实现九个量子比特的操控的纪录。

第三项工作是在超导电路中利用四比特实现求解线性方程组的指数加速,这项工作是用量子计算来解决实际问题的一个尝试,对量子计算的理论研究具有一定的重要意义。值得一提的是,在后两项工作中,即关于超导量子计算方面,我们物理所参与其中,作出了很多重要的贡献。

量子计算和量子计算机的定义:量子计算研究理论计算系统(量子计算机),直接运用量子力学现象,如叠加和纠缠,进行数据操作。经典计算机的信息单元是经典比特,而量子计算机的信息单元是量子比特(qubit),一个qubit不仅可以是|0或|1态,还能是二者的叠加态。量子计算机的计算能力随着qubit数的增加呈指数增长。

量子计算机的强大计算能力使其成为各国争相研究的对象,但要造出可用的量子计算机并不简单。必须解决系统退相干时间和可扩展性问题。物理学家们认为超导系统和离子阱系统是最有潜力的量子计算机系统。

超导量子计算利用超导体的物理性质来实现量子计算。超导体在低温下表现出零电阻和完全抗磁性,约瑟夫森效应是超导量子计算的基础。超导量子比特有三种类型:超导相位量子比特、超导磁通量子比特和超导电荷量子比特。

总结来说,超导量子比特具有良好的可扩展性和初态制备能力,但其退相干时间较短,需要在极低温度下工作。尽管如此,量子计算领域已经取得了一系列重大突破,未来有望超越传统计算机。我们一直在努力!

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