12月3日消息,世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)先進(jìn)科技成果發(fā)布會(huì)上,中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院教授陸朝陽表示,今年年底,將上線高精度十超導(dǎo)量子比特的云計(jì)算平臺(tái),公眾可以在線體驗(yàn)量子計(jì)算。
以下是陸朝陽演講全文:
大家好,非常榮幸在互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)向大家報(bào)告中國(guó)科學(xué)院在量子計(jì)算這個(gè)領(lǐng)域取得的一些基礎(chǔ)性研究成果。我們知道,50多年以來摩爾定律一直見證著計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代,之前每過18個(gè)月半導(dǎo)體晶體管的尺寸就會(huì)縮小一半。假如按照這個(gè)趨勢(shì)繼續(xù)發(fā)展,當(dāng)它的尺寸接近原子級(jí)別的時(shí)候,電子的運(yùn)動(dòng)將不再遵守經(jīng)典物理學(xué)規(guī)律,這個(gè)時(shí)候量子力學(xué)將起到主導(dǎo)作用。因此在后摩爾時(shí)代,計(jì)算機(jī)的形態(tài)會(huì)有什么樣的變化,如何可持續(xù)地提升計(jì)算能力?這已經(jīng)成為一個(gè)基礎(chǔ)而重大的問題。
隨著量子物理學(xué)的發(fā)展和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ倪M(jìn)步,我們物理學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)可以在實(shí)驗(yàn)室自主地操縱微觀世界的一些基本粒子,這些是組成物質(zhì)和能量的基本單位。例如光的基本組成單位是一個(gè)一個(gè)的光子,物質(zhì)的基本組成單位是原子,這些量子具有非常奇妙的特性,一個(gè)量子可以同時(shí)處于多種狀態(tài)。比如說一個(gè)光子它可以同時(shí)處于烏鎮(zhèn)和紐約,就如同孫悟空的“分身術(shù)”一樣,在學(xué)術(shù)界這被稱為“相干疊加”。多個(gè)量子還可以處于一種糾纏的狀態(tài),不管它們相距多么遙遠(yuǎn),它們始終都保持著一種關(guān)聯(lián),這種關(guān)聯(lián)也被愛因斯坦稱之為“遙遠(yuǎn)地點(diǎn)之間的詭異互動(dòng)”。
對(duì)量子物理學(xué)基本問題的研究給計(jì)算機(jī)科學(xué)帶來了新的機(jī)會(huì)。用剛才的“相干疊加”,如果我們有四個(gè)量子比特,它就可以同時(shí)處于0000、0001-1111這16種狀態(tài)。那么我們想像一下,如果我們能夠精確地操縱50個(gè)量子比特,那我們的計(jì)算機(jī)就可以有2的50次方的狀態(tài)同時(shí)存在,雖然50并不是一個(gè)特別大的數(shù),但是2的50次方它等于10的15次,也就是大約1000萬億這么大的一個(gè)數(shù)。所以它能夠通過一些特定算法的設(shè)計(jì),來解決一些重要的特定問題,包括密碼破譯、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等等。
舉個(gè)例子,如果我們要來分解一個(gè)300位的大數(shù),用現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)需要15萬年的時(shí)間,如果我們有萬億次的量子計(jì)算機(jī),則只需要1秒鐘。我們目前整個(gè)量子計(jì)算機(jī)的領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)展到這個(gè)水平,總體還處于基礎(chǔ)研究的階段。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)在光量子糾纏和量子計(jì)算領(lǐng)域一直保持國(guó)際領(lǐng)先地位。我們發(fā)展了同時(shí)具備高效率、高純度和高全同性的單光子源,和超低損耗的光量子線路。對(duì)多個(gè)量子比特進(jìn)行邏輯控制的一個(gè)重要的前提是能夠把它們糾纏起來。
我們之前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了10個(gè)光子的糾纏,并對(duì)重要的量子算法進(jìn)行了系統(tǒng)的演示驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上,2017年5月,我們發(fā)布了世界上首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)。針對(duì)“玻色采樣”問題,該原型機(jī)的處理速度比目前國(guó)際所有實(shí)驗(yàn)速度快至少24000倍,同時(shí)也第一次超過了人類歷史上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)。同時(shí),在超導(dǎo)體系,中國(guó)科大、浙江大學(xué)和我們物理所等合作團(tuán)隊(duì)研發(fā)了十比特超導(dǎo)量子比特的糾纏,并演示了求解線性方程組的量子算法。
今年年底,我們將上線高精度十超導(dǎo)量子比特的云計(jì)算平臺(tái),公眾可以在線體驗(yàn)量子計(jì)算。最近,我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了18個(gè)光量子比特的超糾纏,進(jìn)一步刷新了該領(lǐng)域的世界紀(jì)錄。