星岛日报

【创科广场】中国预告量子优越性 速度快Google百万倍

2020-09-15 10:30
量子论与相对论被并称「现代物理学两大支柱」。中国科学技术大学(中科大)毕业的潘建伟,为全球公认研究量子物理先驱,潘建伟表示中国量子计算速度已超越了Google。

1997年,潘建伟和奥地利科学家首次实现独立光子偏振态的量子隐形传态的实验验证,发表「量子隐形传态」论文,获《自然》杂志评为「百年物理学21篇经典论文」,其划时代意义,足以与伦琴发现X射綫、爱因斯坦建立《相对论》看齐。

潘建伟是天才型科学家,31岁当上中科大教授, 41岁当选中国最年轻院士,国际间获奖无数。2020年,潘建伟获蔡司研究奖,表彰光量子信息领域,尤其量子通信和量子计算的贡献。

量子通讯先驱

2017年,潘建伟在量子通讯取得突破,以量子将讯息作规律安全传递。太空和地球上的各地面站之间发射个别纠缠光子(Entangled photons)。

量子通信已应用中国发射的「墨子号」衞星上,为衞星和地面站之间作量子金钥分发,实现量子的保密通信,几乎完全无法破解。「墨子号」首次建立千公里级,基于纠缠量子金钥分发,毋须可信任的中继。即使衞星被他方控制的极端情况,依然可实现安全量子通信。6月15日研究发表于网上《自然》杂志上。

中国在量子加密位于全球的领先地位,首家以量子通讯为核心业务的「国盾量子」亦告上市。

潘建伟是西湖大学创校校董。较早前,潘建伟在西湖大学公开课演讲,预告团队光量子计算的进展:已实现了光量子计算性能超过Google的53比特量子电脑的100万倍。

Google公布实现了基于53量子比特处理器,只用了约200秒就解决传统电脑约需要1万年才能完成任务,成为当时速度最快的量子计算,达到「量子优越性」(Quantum supremacy)。

玻色取样独步天下

潘建伟透露,团队完成对50个光子的玻色取样(Boson sampling),相比Google 「量子优越性」,大概可快100万倍。

演示量子计算优越性有多种途径:包括利用超导量子比特实现随机綫路取样和利用光子实现玻色取样。各种展示量子优越性的候选问题, 玻色取样很可能是知名度最高问题之一。

Google声称的「量子电路」随机输出任意位元串的乱数分布机率(Sampling the output distribution of random quantum circuits),也是针对量子计算的难题,不过IBM指出Google设计的问题,超级电脑其实2.5天就可解决,Google并未达到「量子优越性」。

量子计算范围广

跟Google一样,潘建伟团队的量子计算,也是针对特定量子计算而设计的问题,并非通用量子计算,即不是解决实际的难题。Google正跟行业专家合作,包括德国聚合物厂商科思创Covestro,应用量子运算在加速化学模拟。

量子计算亦可解决密码分析、气象预报、药物设计、金融分析、石油勘探等传统计算长年才破解的平行运算。不过,首阶段并非制造可编程的通用电脑。

潘建伟团队达到「量子优越性」后,下一阶段就是设计专用的量子模拟机;针对解决特定难题,例如上述的化学模拟,又或者是发现高温超导体、新材料设计等,传统电脑算力无法破解的难题;第三阶段才是可编程设计的通用量子电脑。

较早前,潘建伟团队成员朱晓波教授在中科大上海研究院举办「墨子沙龙」上也透露,中科大团队年内实现60比特量子计算系统,超越Google的53比特。

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