世界首台量子電腦中國誕生 擺脫最大Bit糾纏 較經典算法快百倍

中國量子電腦原型機比史上首台電子管電腦ENIAC和首台晶體管電腦TRADIC運行速度提高10至100倍。  (圖:AFP)
中國量子電腦原型機比史上首台電子管電腦 ENIAC 和首台晶體管電腦 TRADIC 運行速度提高 10 至 100 倍。 圖片來源:香港明報

中國宣告世界首台超越早期經典計算機的光量子計算機在中國誕生。該計算機運鼻速度比國際同類實驗加快至少 2.4 萬倍;與經典算法比較發現,該原型機比史上首台電子管電腦 ENIAC 和首台晶體管電腦 TRADIC 運行速度提高 10 至 100 倍

綜合香港文匯報、明報報導,中科院院士、中國科學技術大學潘建偉教授及其團隊宣佈,中國科學家在量子計算機研究方面取得了系列突破性進展,構建出世界首台超越早期經典計算機的單光子量子計算機,該原型機的「玻色取樣」速度比國際同行此前進行類似實驗的速度加快了 24000 倍。

同時,團隊亦實現目前世界上最大數目 (10 個) 超導量子比特 (Bit) 的糾纏,打破此前 Google、NASA 和 UCSB 公開報導的 9 個超導量子比特的操縱

量子電腦的概念最早由美國物理學家、諾貝爾獎得主 Richard Feynman 於 1982 年提出,是指利用量子疊加原理而製成的電腦,理論上具極速並行計算和模擬能力。隨着可操縱的微觀粒子數增加,其計算能力將呈指數增長。

簡言之,量子電腦與經典電腦的最基本單元均為比特 (Bit),經典電腦的比特受非「0」即「1」的二元限制,量子電腦的比特則是「0」和「1」兩種狀態按照任意比例疊加。

率領研究團隊的中國科技大學教授潘建偉表示,研究團隊 2016 年首次實現十光子糾纏操縱,在其基礎上構建出光量子計算原型機。

他指出,計劃今年年底實現約 20 個光量子比特的操縱,邁向量子計算能力超越經典計算能力的終極目標。目前運算能力全球最快的億億次「天河二號」超級計算機,求解一個億億億變量的方程組,所需時間為 100 年。而一台兆次的量子計算機僅需 0.01 秒

光量子計算機可實現的算法稱為「玻色取樣」,這是在經典計算機上很難有效求解的。如果要將兩者作對比的話,利用兆次經典計算機分解 300 位的大數,需 15 萬年,而兆次量子計算機只需 1 秒即可出結果

潘建偉同時指出,人類對計算能力的需求永無止境,很多領域都會需要用到超級計算能力,覆蓋範圍包括密碼分析、氣象預報、藥物設計、金融分析、石油勘探等各種不同的計算,應用範圍之廣,只能用「一切皆有可能」來形容。

當前中國還提出「人工智能 2.0」概念,其中一項是量子人工智能,亦是量子計算的一種。潘建偉指,因此光量子計算機會對推動人工智能有很大作用,不過待到有實際「用武之地」,還需實現「量子稱霸」。

潘建偉預測,雖然光量子計算機目前還談不上商用,但在未來 10 年左右,可以在材料設計、化學研究,物理過程研究等專用領域體現出很好的結果,今後對光量子計算機的需求量還是很大的。

去年 8 月由其擔任首席科學家的量子衛星項目有重大進展,全球首顆量子科學試驗衛星「墨子號」在甘肅酒泉衛星發射中心成功升空。量子衛星由於從根本上解決了信息安全問題,在軍事通訊中有巨大價值。

據了解,中國計劃在 2030 年建成全球化的廣域量子通訊網絡,屆時量子衛星將廣泛應用於相關領域