不久前，第48屆國(guó)際量子電子學(xué)物理會(huì)議在美國(guó)鹽湖城召開(kāi)，中科院院士、量子計(jì)算機(jī)團(tuán)隊(duì)領(lǐng)頭人潘建偉在會(huì)議期間被授予蘭姆獎(jiǎng)（ Willis E. Lamb Award for Laser Science and Quantum Optics ），并作了題為“基于光與冷原子的可擴(kuò)展量子信息處理”的報(bào)告。中國(guó)在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的成果，已經(jīng)獲得了越來(lái)越多的認(rèn)可。

中國(guó)的量子名牌

元旦前夕，國(guó)家主席習(xí)近平向全國(guó)人民致以節(jié)日問(wèn)候。習(xí)總書(shū)記的“2018年新年賀詞”隨后在各大媒體平臺(tái)傳播。鼓舞、感動(dòng)，網(wǎng)友在轉(zhuǎn)發(fā)習(xí)總書(shū)記的新年賀詞時(shí)無(wú)不為祖國(guó)2017年的成績(jī)點(diǎn)贊。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授朱曉波更是感同身受。因?yàn)樵诹?xí)總書(shū)記的“2018年新年賀詞”中，特別提到了“量子計(jì)算機(jī)研制成功”這一成果。這是包含潘建偉、陸朝陽(yáng)、朱曉波等人在內(nèi)的中國(guó)量子計(jì)算機(jī)科研團(tuán)隊(duì)共同努力的成果。

“聽(tīng)到習(xí)主席在新年賀詞中提到了我們的工作，我們很激動(dòng)也備受鼓舞。”朱曉波告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)科技創(chuàng)新越來(lái)越重視，科研人員也更有條件做出最前沿的科學(xué)成果，有信心和能力與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。

走向國(guó)際，中國(guó)科學(xué)家如今越來(lái)越有信心參與國(guó)際科學(xué)競(jìng)爭(zhēng)，并發(fā)出屬于中國(guó)科學(xué)家的聲音。

時(shí)間回溯到2017年5月3日，潘建偉代表團(tuán)隊(duì)在上海發(fā)布了一則重磅消息：世界上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)誕生。這項(xiàng)成果是由他及同事陸朝陽(yáng)、朱曉波等人，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組協(xié)同攻關(guān)而成。

自那一刻起，中國(guó)的量子計(jì)算研究走在了世界的前列。令習(xí)總書(shū)記在新年賀詞中“為中國(guó)人民迸發(fā)出來(lái)的創(chuàng)造偉力喝彩”的量子計(jì)算機(jī)，與不斷突破的量子通信技術(shù)一道為中國(guó)科學(xué)研究向世界亮出了一張“量子”名牌。

從科研到應(yīng)用

成果卓著，為世界所矚目。在光量子計(jì)算方面，研究團(tuán)隊(duì)利用自主發(fā)展的綜合性能?chē)?guó)際最優(yōu)的量子點(diǎn)單光子源，并通過(guò)電控可編程的光量子線(xiàn)路，構(gòu)建了針對(duì)多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計(jì)算原型機(jī)，這是世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的單光子量子計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該原型機(jī)的取樣速度比國(guó)際同行類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)加快至少24000倍。

此外，在超導(dǎo)體系方面，研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了10比特超導(dǎo)量子線(xiàn)路樣品，通過(guò)發(fā)展全局糾纏操作，成功實(shí)現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的超導(dǎo)量子比特的糾纏和完整的測(cè)量。

據(jù)朱曉波介紹，目前，研究團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行20個(gè)光量子比特和20個(gè)超導(dǎo)量子比特的操縱實(shí)驗(yàn)，“相對(duì)于10比特超導(dǎo)量子來(lái)說(shuō)，20比特在操縱、量比設(shè)計(jì)和制備等各個(gè)方面的難度都有所增加，雖然每一步走得都很困難，但我們一直在前進(jìn)，期待能有個(gè)好結(jié)果”。

與此同時(shí)，為了使得量子計(jì)算盡快得到應(yīng)用，研究團(tuán)隊(duì)正將10比特的超導(dǎo)量子處理器放在“云端”。“我們將10個(gè)超導(dǎo)量子比特的量子處理器接入云端，希望大家都參與，試圖打通科研到應(yīng)用。”朱曉波介紹道。

作為10個(gè)超導(dǎo)量子比特糾纏的主要實(shí)現(xiàn)者之一，朱曉波表示，每個(gè)人都可以在云端處理器中提交自己的需求。“我們希望通過(guò)這個(gè)方式，首先讓大家對(duì)量子計(jì)算機(jī)感興趣，驗(yàn)證一些基礎(chǔ)量子算法的有效性。”

同時(shí)，他們也希望能以此來(lái)測(cè)量處理器的性能和穩(wěn)定性。“此前的研究畢竟是在實(shí)驗(yàn)室的條件下，該量子處理器就是為了驗(yàn)證其將來(lái)是否能良好運(yùn)行、具備高性能，真正進(jìn)行公共服務(wù)。”朱曉波說(shuō)。

不為了進(jìn)步而進(jìn)步

2017年，量子計(jì)算能力的競(jìng)爭(zhēng)引起了很多人的關(guān)注。谷歌在當(dāng)年4月份宣布將推出49量子位處理器；IBM在11月宣布成功研制20量子位的處理器，還構(gòu)建了50量子位處理器原型……

激烈的量子計(jì)算競(jìng)爭(zhēng)令人感慨，量子計(jì)算的時(shí)代或許不遠(yuǎn)了。不過(guò)，中國(guó)量子計(jì)算研究團(tuán)隊(duì)并不單純以量子比特?cái)?shù)目作為競(jìng)爭(zhēng)目的，“我們更要提高超導(dǎo)量子比特的質(zhì)量，讓量子計(jì)算機(jī)將來(lái)真正能解決實(shí)用而有價(jià)值的問(wèn)題。”朱曉波說(shuō)。

量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)后，將會(huì)有很多領(lǐng)域的應(yīng)用，例如實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的天氣預(yù)報(bào)、躲避颶風(fēng)海嘯，實(shí)現(xiàn)高效全局的最優(yōu)搜索，識(shí)別有效的分子組合、降低藥物的研發(fā)成本和周期，以及更加簡(jiǎn)便和迅速地指揮交通、理解圖像等。

朱曉波告訴記者，未來(lái)，量子計(jì)算機(jī)研制將分為三步走。

首先，在某個(gè)經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以解決的特定問(wèn)題上，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度比任何一臺(tái)經(jīng)典計(jì)算機(jī)都快；其次，量子計(jì)算機(jī)解決能夠初步應(yīng)用于一些目前無(wú)法解決的重大科技難題，解決更加“有用”的問(wèn)題，使其具有商業(yè)價(jià)值，從而大規(guī)模推廣；最后，研制通用量子計(jì)算原型機(jī)，突破大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的芯片工藝，從物理層設(shè)計(jì)、制造，到算法運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)，全面實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算功能，并應(yīng)用于大數(shù)據(jù)處理等重大實(shí)際問(wèn)題。

量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展規(guī)劃穩(wěn)扎穩(wěn)打，前景光明，但量子計(jì)算機(jī)團(tuán)隊(duì)科研人員更愿意強(qiáng)調(diào)的卻是，“覺(jué)得趕上了好時(shí)代，國(guó)力強(qiáng)大，國(guó)家高度重視科研，才能有機(jī)會(huì)去做最前沿的工作”。