中國制造全球首臺量子計算機！但關(guān)于量子計算機你知道多少？

　　繼世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星發(fā)射升空、量子通信京滬干線建成、打破自己保持的八光子糾纏紀(jì)錄、并實現(xiàn)十光子糾纏之后，量子學(xué)領(lǐng)域又有一個驚喜。

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授團隊宣布了他們在光子和超導(dǎo)體系的量子計算機研究方面取得的重要進展。那就是：在光子體系，研究團隊在去年首次實現(xiàn)十光子糾纏操作的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了用于玻色取樣的多光子可編程量子計算機原型機，首次演示了超越早期經(jīng)典計算機（ENIAC、TRADIC）的量子計算能力。

　　由單光子源、光開關(guān)、超低損耗光量子線路、單光子探測器組成的量子模擬機，圖片來自相關(guān)論文《High-efficiency multiphoton boson sampling》

　　驚喜之余，可能大多數(shù)小伙伴要問：什么是量子計算機呢？為什么量子計算機的研發(fā)成功標(biāo)志著一個新時代的開啟呢？下面為大家一一解答。

　　光量子計算機原型機

　　簡單地說，量子計算機就是基于量子力學(xué)基本原理的計算機，和常規(guī)計算機的區(qū)別主要在于其基本信息單元不是比特（bit）而是量子比特（qubit）。之前我們用0和1表示兩個狀態(tài)，而量子計算機的兩個狀態(tài)用0和1的相應(yīng)量子疊加態(tài)來表示，單個量子CPU具有強大的并行處理數(shù)據(jù)的能力，其運算能力隨CPU的個數(shù)指數(shù)增加?。?！

　　舉個例子，現(xiàn)在我們?nèi)耸忠慌_的筆記本電腦，計算速度已經(jīng)很快了，但是當(dāng)多任務(wù)并行的時候，比如快速打開殺毒軟件、瀏覽器、辦公軟件、音視頻軟件，就會經(jīng)?？D ，之所以卡頓，是受傳統(tǒng)計算機的計算方式所限，即串行計算。而量子計算是并行計算，即可同時處理多任務(wù)進程而互不影響。卡頓的情況就不存在了。量子計算機可用于海量數(shù)據(jù)的計算。

　　再舉個例子，我們現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)加密依賴于RSA公鑰體系，即傳統(tǒng)的計算機很難完成大數(shù)的質(zhì)數(shù)分解計算，而量子計算可以把計算過程按數(shù)量級縮減，經(jīng)典計算機幾十億年都不能完成的計算，量子計算機只要幾分鐘就可以完成了。在量子計算機面前，基于RSA公鑰體系的所有的郵件、銀行賬戶、機密文件都將被輕而易舉的攻破。好在我們已經(jīng)有了從物理原理上阻止竊密的量子通信，量子計算機真正研發(fā)成功之后，整個世界的加密體系必然要換一換，小伙伴們大可不必擔(dān)心。

　　15可以分解為3x5， 91可以分解為7x13，一個具有232位的數(shù)字的質(zhì)因數(shù)是多少呢？經(jīng)典計算機依其邏輯需要進行大量的計算，幾十億年也算不完。

　　更重要的是，量子計算可以在科學(xué)研究中發(fā)揮巨大作用。無論是生物化學(xué)反應(yīng)過程的模擬，還是氣候變化等大數(shù)據(jù)的處理，都是量子計算發(fā)揮作用的地方，而這正是經(jīng)典計算機的短處。因此，量子計算機已經(jīng)成為各國爭相搶占的科技高地，谷歌、微軟、IBM在這方面也有重金投入。

　　那么量子計算機是不是即將完全取代經(jīng)典計算機呢？媒體把量子計算機和經(jīng)典計算機的區(qū)別比作飛機和自行車的區(qū)別，其實這樣并不是很恰當(dāng)。因為量子計算處理更快的原因并不是步驟時間縮短了，而是運算大大簡化了。而且，只是在特定的計算中才是這樣，因此，量子計算機無法完全取代經(jīng)典計算機。量子計算機和經(jīng)典計算機的區(qū)別更像是激光和白熾燈，我們不會用激光代替白熾燈照明，但是激光在高科技領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用。

　　公眾最關(guān)心的或許還是量子計算機距離實際應(yīng)用還有多遠？ 潘建偉團隊發(fā)布會之后，一向作為信息傳播先（biao）行（ti）者（dang）的媒體，很快把氣氛搞起來了。各個網(wǎng)站公眾號也競相轉(zhuǎn)發(fā)傳抄，一時間“中國首臺量子計算機”刷屏。媒體的夸大渲染，導(dǎo)致內(nèi)容和科學(xué)實際偏差過大，而專家往往成了被嘲諷的“背鍋俠”。事實真相到底是怎樣的呢？

　　讓我們看看論文通訊作者怎么說：

　　這是第一臺超越早期經(jīng)典計算機ENIAC的基于單光子的量子模擬機，為最終實現(xiàn)超越經(jīng)典計算能力的量子計算奠定了基礎(chǔ)。

　　——論文通訊作者之一、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陸朝陽

　　量子計算基礎(chǔ)研究領(lǐng)域有幾個大家共同努力的指標(biāo)性節(jié)點：第一，展示超越首臺電子計算機的計算能力；第二，展示超越商用CPU的計算能力；第三，展示超越超級計算機的計算能力。我們實現(xiàn)的只是其中的第一步，一小步，但是是重要的一步。

　　——論文通訊作者之一、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉

　　請注意：是量子模擬機！！而且超越的是早期經(jīng)典計算機ENIAC，而不是當(dāng)今我們用的功能成熟的通用型計算機。量子計算機的時代還沒有到來，而是走出了具有論證意義的一小步，不過，這一小步是極為關(guān)鍵的一步。

　　潘院士的團隊通過“五光子玻色采樣”證明了這種可行性——即量子計算是可以超越經(jīng)典計算機的，無論是經(jīng)典計算機的初代原型機，還是日常筆記本，或者企業(yè)級的超級計算機，亦即證明了量子計算有其可行性和實際意義。

　　潘建偉和其學(xué)生陸朝陽等人組成的團隊實現(xiàn)的十光子糾纏示意圖，圖片來自中科大官網(wǎng)

　　游戲宅和器件黨可能要失望了，不要想著不久就可以把量子計算機搬回家玩游戲或者VR了，這一天還很遙遠。真正實現(xiàn)量子計算超越目前的經(jīng)典計算機，需要達到同時操作50個量子比特，之前谷歌、美國航天航空局、加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校宣布實現(xiàn)9個超導(dǎo)量子比特的高精度操縱，這一紀(jì)錄目前被潘建偉團隊的10超導(dǎo)量子比特所打破。而目前潘院士的團隊正在為年內(nèi)實現(xiàn)20個光量子比特的操作而努力。

　　鑒于量子計算領(lǐng)域競爭激烈，尤其是在最后一步，鹿死誰手尚未可知。