壯哉！“中國造”光量子計算機誕生

　　計算機作為20世紀最偉大的發明之一，隨著摩爾定律邁向終結，性能提升面臨瓶頸。后摩爾定律時代，我們又要通過什么途徑提高運算速度呢?答案是量子計算。量子計算機具有強大的計算能力，可以解決傳統計算機難以或者不能解決的問題。

　　就在今天，科技界迎來了一則重磅消息：世界上第一臺超越早期經典計算機的光量子計算機誕生。中國科學院5月3日在上海舉行新聞發布會，對外發布了這一消息，這個“世界首臺”是貨真價實的“中國造”，屬中國科學技術大學潘建偉教授及其同事陸朝陽、朱曉波等，聯合浙江大學王浩華教授研究組攻關突破的成果。

　　量子計算機是指利用量子相干疊加原理，理論上具有超快的并行計算和模擬能力的計算機。研究團隊還實現了目前世界上最大數目超導量子比特的糾纏，并在超導量子處理器上實現了快速求解線性方程組的量子算法。

　　據介紹，潘建偉、陸朝陽等利用自主發展的綜合性能國際最優的量子點單光子源，并通過電控可編程的光量子線路，構建了針對多光子“玻色取樣”任務的光量子計算原型機。

　　實驗測試表明，該原型機的取樣速度比國際同行類似的實驗加快至少24000倍，同時，通過和經典算法比較，也比人類歷史上第一臺電子管計算機(ENIAC)和第一臺晶體管計算機(TRADIC)運行速度快10-100倍。

　　潘建偉稱，這是歷史上第一臺超越早期經典計算機的基于單光子的量子模擬機，為最終實現超越經典計算能力的量子計算奠定了基礎。

　　量子計算機的誕生

　　量子計算機的誕生，是摩爾定律發展到一定階段的結果，也與物理學家們提出的設想有關。

　　摩爾定律的技術基礎是不斷提高電子芯片的集成度(單位芯片的晶體管數)。集成度不斷提高，速度就不斷加快，我們的手機、電腦就能不斷更新換代。

　　但在物理學家們看來，摩爾定律的技術基礎，天然地受到兩個主要物理限制。

　　一是隨著單位芯片上晶體管數越來越多，運行時計算機溫度必然迅速上升，必須消耗大量能量來散熱，否則芯片將被燒壞。

　　二是為了提高集成度，晶體管越做越小，當小到只有一個電子時，量子效應就會出現。電子將不再受歐姆定律管轄，由于它有隧道效應，本來無法穿過的壁壘也穿過去了，所以量子效應會阻礙信息技術繼續按照摩爾定律發展。

　　這兩個限制就是物理學家們預言摩爾定律會終結的理由所在。而這就提出了一個問題:在后摩爾時代，提高運算速度的途徑是什么?答案是量子計算。

　　量子計算機成長史

　　史蒂芬·威斯納在1969年最早提出“基于量子力學的計算設備”。1980年代一系列的研究使得量子計算機的理論變得豐富起來。在1981年五月的MIT物理學和計算機技術的一次會議上，1918年出生的美國物理學家理查德·費曼，作了一個“Simulating Physics With Computers”的報告，揭開了研究發展量子計算機的新篇章。

　　大事記

　　1982年，諾貝爾獎獲得者理查德·費曼提出“量子計算機”的概念。

　　1994年，貝爾實驗室的彼得·秀爾證明量子計算機能夠完成對數運算，且速度遠勝傳統計算機。

　　1997年，科學家首次用一對糾纏光子實現了量子信息傳輸。

　　2005年，世界第一臺量子計算機原型機在美國誕生，基本符合了量子力學的全部本質特性。

　　2007年2月，加拿大D-Wave系統公司宣布研制成功16位量子比特的超導量子計算機。

　　2007年，維也納大學的安東·齊林格和他的同事們用一對糾纏光子在加那利群島的兩個島之間傳輸了一份量子信息，傳送距離超過了143千米。

　　2009年11月15日，世界首臺可編程的通用量子計算機正式在美國誕生。不過根據初步的測試程序顯示，該計算機還存在部分難題需要進一步解決和改善。

　　2010年1月，美國哈佛大學和澳洲昆士蘭大學的科學家利用量子計算機準確算出了氫分子所含的能量。

　　2010年3月，德國于利希研究中心發表公報：該中心的超級計算機JUGENE成功模擬了42位的量子計算機。

　　2012年3月，IBM做到了在減少基本運算誤差的同時，保持量子比特的量子機械特性完整性。

　　2013年5月，德國馬克斯普朗克量子光學研究所的科學家格哈德·瑞普領導的科研小組，首次成功地實現了用單原子存儲量子信息——將單個光子的量子狀態寫入一個銣原子中，經過180微秒后將其讀出。最新突破有望助力科學家設計出功能強大的量子計算機，并讓其遠距離聯網構建“量子網絡”。

　　2013年6月8日，由中國科學技術大學潘建偉院士領銜的量子光學和量子信息團隊的陸朝陽、劉乃樂研究小組，在國際上首次成功實現了用量子計算機求解線性方程組的實驗。

　　2014年1月3日，美國國家安全局(NSA)正在研發一款用于破解加密技術的量子計算機，希望破解幾乎所有類型的加密技術。

　　2015年12月，以杜教授為首的中國科技大學研究人員小組建立了一個新的系統，這個系統可以使用相應的方式退出體系結構。其量子計算能夠在普通室溫的條件下工作，這是借助于金剛石中少量的氮來完成的，金剛石建成世界上首臺量子計算機。

　　2016年8月最新一期的物理領域重要期刊《自然·光子學》在線發表的一個重要成果：中科院量子信息重點實驗室李傳鋒教授研究組研制出一種全新的量子計算機——非局域性量子模擬器。