中國科學院發布：量子計算領域基礎性研究成果

中科院量子信息與量子科技創新研究院教授陸朝陽

人民網烏鎮12月3日電（記者 燕帥 宋心蕊）第四屆世界互聯網大會今天正式開幕。今天下午，“世界互聯網領先科技成果發布活動”在烏鎮互聯網國際會展中心烏鎮廳舉行。以下為中科院量子信息與量子科技創新研究院教授陸朝陽發言內容：

大家好，非常榮幸在互聯網大會向大家報告中國科學院在量子計算這個領域取得的一些基礎性研究成果。我們知道，50多年以來摩爾定律一直見証著計算機的更新換代，之前每過18個月半導體晶體管的尺寸就會縮小一半。假如按照這個趨勢繼續發展，當它的尺寸接近原子級別的時候，電子的運動將不再遵守經典物理學規律，這個時候量子力學將起到主導作用。因此在后摩爾時代，計算機的形態會有什麼樣的變化，如何可持續地提升計算能力？這已經成為一個基礎而重大的問題。

隨著量子物理學的發展和實驗能力的進步，我們物理學家現在已經可以在實驗室自主地操縱微觀世界的一些基本粒子，這些是組成物質和能量的基本單位。例如光的基本組成單位是一個一個的光子，物質的基本組成單位是原子，這些量子具有非常奇妙的特性，一個量子可以同時處於多種狀態。比如說一個光子它可以同時處於烏鎮和紐約，就如同孫悟空的“分身術”一樣，在學術界這被稱為“相干疊加”。多個量子還可以處於一種糾纏的狀態，不管它們相距多麼遙遠，它們始終都保持著一種關聯，這種關聯也被愛因斯坦稱之為“遙遠地點之間的詭異互動”。

對量子物理學基本問題的研究給計算機科學帶來了新的機會。用剛才的“相干疊加”，如果我們有四個量子比特，它就可以同時處於0000、0001-1111這16種狀態。那麼我們想像一下，如果我們能夠精確地操縱50個量子比特，那我們的計算機就可以有2的50次方的狀態同時存在，雖然50並不是一個特別大的數，但是2的50次方它等於10的15次，也就是大約1000萬億這麼大的一個數。所以它能夠通過一些特定算法的設計，來解決一些重要的特定問題，包括密碼破譯、大數據分析、人工智能等等。

舉個例子，如果我們要來分解一個300位的大數，用現在的計算機需要15萬年的時間，如果我們有萬億次的量子計算機，則隻需要1秒鐘。我們目前整個量子計算機的領域遠遠沒有發展到這個水平，總體還處於基礎研究的階段。

中國科學技術大學潘建偉團隊在光量子糾纏和量子計算領域一直保持國際領先地位。我們發展了同時具備高效率、高純度和高全同性的單光子源，和超低損耗的光量子線路。對多個量子比特進行邏輯控制的一個重要的前提是能夠把它們糾纏起來。

我們之前已經實現了10個光子的糾纏，並對重要的量子算法進行了系統的演示驗証。在此基礎上，2017年5月，我們發布了世界上首台超越早期經典計算機的光量子計算機。針對“玻色採樣”問題，該原型機的處理速度比目前國際所有實驗速度快至少24000倍，同時也第一次超過了人類歷史上第一台電子管計算機和第一台晶體管計算機。同時，在超導體系，中國科大、浙江大學和我們物理所等合作團隊研發了十比特超導量子比特的糾纏，並演示了求解線性方程組的量子算法。

今年年底，我們將上線高精度十超導量子比特的雲計算平台，公眾可以在線體驗量子計算。最近，我們已經實現了18個光量子比特的超糾纏，進一步刷新了該領域的世界紀錄。