中外科學(xué)家開發(fā)光量子計(jì)算芯片

量子計(jì)算機(jī)是未來新型計(jì)算機(jī)中的一種，也是最近大熱的新技術(shù)之一，這兩年經(jīng)常能聽到量子計(jì)算機(jī)的重大進(jìn)展，IBM、谷歌、微軟以及國內(nèi)的中科大、阿里都在研發(fā)不同的量子計(jì)算機(jī)。《自然·光子學(xué)》雜志日前刊登了中國軍事科學(xué)院國防科技創(chuàng)新研究院的強(qiáng)曉剛博士為第一作者的一篇論文，中外科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用硅光子技術(shù)研發(fā)出了一款通用量子計(jì)算芯片，集成了200多個(gè)光量子器件，首先了單處理器同時(shí)操縱2個(gè)量子比特計(jì)算。

與現(xiàn)有計(jì)算機(jī)原理不同，量子計(jì)算機(jī)依據(jù)的是量子學(xué)的測不準(zhǔn)原理，量子糾纏態(tài)可以同時(shí)當(dāng)作0、1，因此量子計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)做不到的功能，不過量子計(jì)算機(jī)并不能取代現(xiàn)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，雙方的用途并不一樣。

量子比特就是衡量量子計(jì)算機(jī)能力的關(guān)鍵，去年IBM商業(yè)化的量子計(jì)算機(jī)是5量子比特，升級(jí)后可達(dá)20量子比特，計(jì)算機(jī)能力是2的20次方，未來幾年IBM還將進(jìn)一步商業(yè)化50量子比特的量子計(jì)算機(jī)——這個(gè)性能就了不得了，50次方大約是10的15次方級(jí)別，千萬億級(jí)別的性能了。

光量子計(jì)算機(jī)是量子計(jì)算中的一種，使用光子進(jìn)行“多粒子糾纏的操縱”，去年我們報(bào)道過中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事陸朝陽、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授組成團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)，該原型機(jī)的“玻色取樣”速度不僅比國際同行類似的之前所有實(shí)驗(yàn)加快至少24000倍，同時(shí)，通過和經(jīng)典算法比較，也比人類歷史上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)(ENIAC)和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)(TRADIC)運(yùn)行速度快10-100倍。

潘建偉團(tuán)隊(duì)的論文是發(fā)表在《自然·光子學(xué)》雜志上的，現(xiàn)在又有一篇有關(guān)光量子計(jì)算的論文出來了，論文題目是《Large-scale silicon quantum photonics implementing arbitrary two-qubit processing》(大規(guī)模硅基光量子實(shí)現(xiàn)任意雙量子比特處理)，論文的第一作者是現(xiàn)在的中國軍事科學(xué)院國防科技創(chuàng)新研究院的強(qiáng)曉剛博士，這是他在英國布里斯托大學(xué)攻讀博士期間做的項(xiàng)目，除了這兩家單位之外，這個(gè)項(xiàng)目還有國防科技大學(xué)、中山大學(xué)和北京大學(xué)科研人員的參與。

他們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的光量子芯片只有2個(gè)量子比特，單看這一點(diǎn)的話比起其他量子計(jì)算機(jī)差得很遠(yuǎn)，但他們這項(xiàng)研究的意義在于首次在單個(gè)芯片里實(shí)現(xiàn)了2個(gè)量子比特的控制，這也是論文題目的由來。

普通量子計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)單個(gè)量子比特的操作還算容易，但是增加第二個(gè)量子比特并實(shí)現(xiàn)量子糾纏的控制就不容易了，這被認(rèn)為是是光量子最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一。

根據(jù)論文摘要，強(qiáng)曉剛博士的團(tuán)隊(duì)采用了成熟的CMOS工藝制造處理器芯片，包含了200多個(gè)光子器件，通過對光子器件編程實(shí)現(xiàn)了98種不同的雙量子比特運(yùn)算，平均量子保真度為93.2%，正負(fù)波動(dòng)4.5%。

不過強(qiáng)曉剛博士也提到現(xiàn)在的2量子比特計(jì)算還是很原始的，這項(xiàng)技術(shù)還有很長的路要走。