中國(guó)制造全球首臺(tái)量子計(jì)算機(jī)！但關(guān)于量子計(jì)算機(jī)你知道多少？

　　繼世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)十光子糾纏之后，量子學(xué)領(lǐng)域又有一個(gè)驚喜。

　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授團(tuán)隊(duì)宣布了他們?cè)诠庾雍统瑢?dǎo)體系的量子計(jì)算機(jī)研究方面取得的重要進(jìn)展。那就是：在光子體系，研究團(tuán)隊(duì)在去年首次實(shí)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(jì)算機(jī)原型機(jī)，首次演示了超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)（ENIAC、TRADIC）的量子計(jì)算能力。

　　由單光子源、光開(kāi)關(guān)、超低損耗光量子線路、單光子探測(cè)器組成的量子模擬機(jī)，圖片來(lái)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(wèn)：什么是量子計(jì)算機(jī)呢？為什么量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)成功標(biāo)志著一個(gè)新時(shí)代的開(kāi)啟呢？下面為大家一一解答。

　　光量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)

　　簡(jiǎn)單地說(shuō)，量子計(jì)算機(jī)就是基于量子力學(xué)基本原理的計(jì)算機(jī)，和常規(guī)計(jì)算機(jī)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(gè)狀態(tài)，而量子計(jì)算機(jī)的兩個(gè)狀態(tài)用0和1的相應(yīng)量子疊加態(tài)來(lái)表示，單個(gè)量子CPU具有強(qiáng)大的并行處理數(shù)據(jù)的能力，其運(yùn)算能力隨CPU的個(gè)數(shù)指數(shù)增加?。?！

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

　　再舉個(gè)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(jì)算機(jī)很難完成大數(shù)的質(zhì)數(shù)分解計(jì)算，而量子計(jì)算可以把計(jì)算過(guò)程按數(shù)量級(jí)縮減，經(jīng)典計(jì)算機(jī)幾十億年都不能完成的計(jì)算，量子計(jì)算機(jī)只要幾分鐘就可以完成了。在量子計(jì)算機(jī)面前，基于RSA公鑰體系的所有的郵件、銀行賬戶、機(jī)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(jì)算機(jī)真正研發(fā)成功之后，整個(gè)世界的加密體系必然要換一換，小伙伴們大可不必?fù)?dān)心。

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

　　更重要的是，量子計(jì)算可以在科學(xué)研究中發(fā)揮巨大作用。無(wú)論是生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的模擬，還是氣候變化等大數(shù)據(jù)的處理，都是量子計(jì)算發(fā)揮作用的地方，而這正是經(jīng)典計(jì)算機(jī)的短處。因此，量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為各國(guó)爭(zhēng)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(jì)算機(jī)是不是即將完全取代經(jīng)典計(jì)算機(jī)呢？媒體把量子計(jì)算機(jī)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)的區(qū)別比作飛機(jī)和自行車(chē)的區(qū)別，其實(shí)這樣并不是很恰當(dāng)。因?yàn)榱孔佑?jì)算處理更快的原因并不是步驟時(shí)間縮短了，而是運(yùn)算大大簡(jiǎn)化了。而且，只是在特定的計(jì)算中才是這樣，因此，量子計(jì)算機(jī)無(wú)法完全取代經(jīng)典計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)的區(qū)別更像是激光和白熾燈，我們不會(huì)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(jì)算機(jī)距離實(shí)際應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？ 潘建偉團(tuán)隊(duì)發(fā)布會(huì)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(lái)了。各個(gè)網(wǎng)站公眾號(hào)也競(jìng)相轉(zhuǎn)發(fā)傳抄，一時(shí)間“中國(guó)首臺(tái)量子計(jì)算機(jī)”刷屏。媒體的夸大渲染，導(dǎo)致內(nèi)容和科學(xué)實(shí)際偏差過(guò)大，而專家往往成了被嘲諷的“背鍋俠”。事實(shí)真相到底是怎樣的呢？

　　讓我們看看論文通訊作者怎么說(shuō)：

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

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

　　量子計(jì)算基礎(chǔ)研究領(lǐng)域有幾個(gè)大家共同努力的指標(biāo)性節(jié)點(diǎn)：第一，展示超越首臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力；第二，展示超越商用CPU的計(jì)算能力；第三，展示超越超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。我們實(shí)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(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉

　　請(qǐng)注意：是量子模擬機(jī)?。《页降氖窃缙诮?jīng)典計(jì)算機(jī)ENIAC，而不是當(dāng)今我們用的功能成熟的通用型計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)的時(shí)代還沒(méi)有到來(lái)，而是走出了具有論證意義的一小步，不過(guò)，這一小步是極為關(guān)鍵的一步。

　　潘院士的團(tuán)隊(duì)通過(guò)“五光子玻色采樣”證明了這種可行性——即量子計(jì)算是可以超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的，無(wú)論是經(jīng)典計(jì)算機(jī)的初代原型機(jī)，還是日常筆記本，或者企業(yè)級(jí)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，亦即證明了量子計(jì)算有其可行性和實(shí)際意義。

　　潘建偉和其學(xué)生陸朝陽(yáng)等人組成的團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)的十光子糾纏示意圖，圖片來(lái)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(jì)算機(jī)搬回家玩游戲或者VR了，這一天還很遙遠(yuǎn)。真正實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算超越目前的經(jīng)典計(jì)算機(jī)，需要達(dá)到同時(shí)操作50個(gè)量子比特，之前谷歌、美國(guó)航天航空局、加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校宣布實(shí)現(xiàn)9個(gè)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(tuán)隊(duì)的10超導(dǎo)量子比特所打破。而目前潘院士的團(tuán)隊(duì)正在為年內(nèi)實(shí)現(xiàn)20個(gè)光量子比特的操作而努力。

　　鑒于量子計(jì)算領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)激烈，尤其是在最后一步，鹿死誰(shuí)手尚未可知。