星島日報

【創科廣場】中國預告量子優越性 速度快Google百萬倍

2020-09-15 10:30
量子論與相對論被並稱「現代物理學兩大支柱」。中國科學技術大學(中科大)畢業的潘建偉,為全球公認研究量子物理先驅,潘建偉表示中國量子計算速度已超越了Google。

1997年,潘建偉和奧地利科學家首次實現獨立光子偏振態的量子隱形傳態的實驗驗證,發表「量子隱形傳態」論文,獲《自然》雜誌評為「百年物理學21篇經典論文」,其劃時代意義,足以與倫琴發現X射綫、愛因斯坦建立《相對論》看齊。

潘建偉是天才型科學家,31歲當上中科大教授, 41歲當選中國最年輕院士,國際間獲獎無數。2020年,潘建偉獲蔡司研究獎,表彰光量子信息領域,尤其量子通信和量子計算的貢獻。

量子通訊先驅

2017年,潘建偉在量子通訊取得突破,以量子將訊息作規律安全傳遞。太空和地球上的各地面站之間發射個別糾纏光子(Entangled photons)。

量子通信已應用中國發射的「墨子號」衞星上,為衞星和地面站之間作量子金鑰分發,實現量子的保密通信,幾乎完全無法破解。「墨子號」首次建立千公里級,基於糾纏量子金鑰分發,毋須可信任的中繼。即使衞星被他方控制的極端情況,依然可實現安全量子通信。6月15日研究發表於網上《自然》雜誌上。

中國在量子加密位於全球的領先地位,首家以量子通訊為核心業務的「國盾量子」亦告上市。

潘建偉是西湖大學創校校董。較早前,潘建偉在西湖大學公開課演講,預告團隊光量子計算的進展:已實現了光量子計算性能超過Google的53比特量子電腦的100萬倍。

Google公布實現了基於53量子比特處理器,只用了約200秒就解決傳統電腦約需要1萬年才能完成任務,成為當時速度最快的量子計算,達到「量子優越性」(Quantum supremacy)。

玻色取樣獨步天下

潘建偉透露,團隊完成對50個光子的玻色取樣(Boson sampling),相比Google 「量子優越性」,大概可快100萬倍。

演示量子計算優越性有多種途徑:包括利用超導量子比特實現隨機綫路取樣和利用光子實現玻色取樣。各種展示量子優越性的候選問題, 玻色取樣很可能是知名度最高問題之一。

Google聲稱的「量子電路」隨機輸出任意位元串的亂數分布機率(Sampling the output distribution of random quantum circuits),也是針對量子計算的難題,不過IBM指出Google設計的問題,超級電腦其實2.5天就可解決,Google並未達到「量子優越性」。

量子計算範圍廣

跟Google一樣,潘建偉團隊的量子計算,也是針對特定量子計算而設計的問題,並非通用量子計算,即不是解決實際的難題。Google正跟行業專家合作,包括德國聚合物廠商科思創Covestro,應用量子運算在加速化學模擬。

量子計算亦可解決密碼分析、氣象預報、藥物設計、金融分析、石油勘探等傳統計算長年才破解的平行運算。不過,首階段並非製造可編程的通用電腦。

潘建偉團隊達到「量子優越性」後,下一階段就是設計專用的量子模擬機;針對解決特定難題,例如上述的化學模擬,又或者是發現高溫超導體、新材料設計等,傳統電腦算力無法破解的難題;第三階段才是可編程設計的通用量子電腦。

較早前,潘建偉團隊成員朱曉波教授在中科大上海研究院舉辦「墨子沙龍」上也透露,中科大團隊年內實現60比特量子計算系統,超越Google的53比特。

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