我國研發(fā)出一款通用量子計算芯片 將加快我國量子計算機研發(fā)速度

量子計算機是未來新型計算機中的一種，也是最近大熱的新技術(shù)之一，這兩年經(jīng)常能聽到量子計算機的重大進展，IBM、谷歌、微軟以及國內(nèi)的中科大、阿里都在研發(fā)不同的量子計算機?！蹲匀弧す庾訉W(xué)》雜志日前刊登了中國軍事科學(xué)院國防科技創(chuàng)新研究院的強曉剛博士為第一作者的一篇論文，中外科學(xué)家團隊利用硅光子技術(shù)研發(fā)出了一款通用量子計算芯片，集成了200多個光量子器件，首先了單處理器同時操縱2個量子比特計算。

與現(xiàn)有計算機原理不同，量子計算機依據(jù)的是量子學(xué)的測不準原理，量子糾纏態(tài)可以同時當(dāng)作0、1，因此量子計算機能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有計算機做不到的功能，不過量子計算機并不能取代現(xiàn)有計算機系統(tǒng)，雙方的用途并不一樣。

量子比特就是衡量量子計算機能力的關(guān)鍵，去年IBM商業(yè)化的量子計算機是5量子比特，升級后可達20量子比特，計算機能力是2的20次方，未來幾年IBM還將進一步商業(yè)化50量子比特的量子計算機——這個性能就了不得了，50次方大約是10的15次方級別，千萬億級別的性能了。

光量子計算機是量子計算中的一種，使用光子進行“多粒子糾纏的操縱”，去年我們報道過中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事陸朝陽、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授組成團隊成功構(gòu)建了世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機，該原型機的“玻色取樣”速度不僅比國際同行類似的之前所有實驗加快至少24000倍，同時，通過和經(jīng)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。

潘建偉團隊的論文是發(fā)表在《自然·光子學(xué)》雜志上的，現(xiàn)在又有一篇有關(guān)光量子計算的論文出來了，論文題目是《Large-scale silicon quantum photonics implementing arbitrary two-qubit processing》（大規(guī)模硅基光量子實現(xiàn)任意雙量子比特處理），論文的第一作者是現(xiàn)在的中國軍事科學(xué)院國防科技創(chuàng)新研究院的強曉剛博士，這是他在英國布里斯托大學(xué)攻讀博士期間做的項目，除了這兩家單位之外，這個項目還有國防科技大學(xué)、中山大學(xué)和北京大學(xué)科研人員的參與。

他們團隊研發(fā)的光量子芯片只有2個量子比特，單看這一點的話比起其他量子計算機差得很遠，但他們這項研究的意義在于首次在單個芯片里實現(xiàn)了2個量子比特的控制，這也是論文題目的由來。

普通量子計算機中實現(xiàn)單個量子比特的操作還算容易，但是增加第二個量子比特并實現(xiàn)量子糾纏的控制就不容易了，這被認為是是光量子最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一。

根據(jù)論文摘要，強曉剛博士的團隊采用了成熟的CMOS工藝制造處理器芯片，包含了200多個光子器件，通過對光子器件編程實現(xiàn)了98種不同的雙量子比特運算，平均量子保真度為93.2%，正負波動4.5%。

不過強曉剛博士也提到現(xiàn)在的2量子比特計算還是很原始的，這項技術(shù)還有很長的路要走。