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揭开中国量子计算机“婴儿”的神秘面纱

2017年05月16日 10:12  来源:新华网  

  位于上海的中科院量子信息和量子科技创新研究院的一间实验室内,三平米的实验台上看似毫无章法、密密麻麻地布满大大小小的镜片和古怪的器件,一些电线从上方的支架上垂落下来,旁边的一台仪器发出单调的“啾啾”声。

  这是近20位科研工作者经过4年多孕育出的中国量子计算机“婴儿”,它也是世界上首台超越早期经典计算机的光量子计算机,5月初才在世人面前首次亮相。

  量子计算所依据的原理是微观世界最诡异的量子纠缠现象。对古人来说,现代电子技术如同巫术,而开启未来科技引擎的量子计算在当今世人眼中又何尝不是。

  制造上帝无法区分的光子

  这台初具雏形的光量子计算机的研制者之一、中国科学技术大学年仅34岁的陆朝阳教授留着寸头短发,眼镜片藏不住眼中露出的聪慧,人们称他是操纵光子的“巫师”。

中国量子计算机发展路线图。(受访者供图)

  “世界上找不到两片一模一样的树叶,但我们可以制造出两个一模一样的光子,可以开玩笑地说连上帝都无法区分,量子力学中叫做‘全同’。两个独立的光子只有一模一样了,才能让它们产生量子干涉,进而纠缠,否则两个光子谁都不理谁。”陆朝阳说。

  上帝也无法区分的光子产生于一个单光子源。发出鸣叫声的是制冷机,为单光子源提供零下269摄氏度的低温环境。

  “我们这里的单光子目前在国际上综合性能最优,全同性比率达到99.5%,效率比国际上第二名高10倍以上。这是由于我们在2013年创新了一种激发方法,可以大幅度降低噪音。之前国外技术产生的单光子就好像一对玩了泥巴的双胞胎,你可以通过他们身上的泥巴区分他们,而我们制造出的光子就像把双胞胎洗得干干净净,你就分辨不出他们了。”陆朝阳说。

  这些光子在实验台上的镜片间跑来跑去,经过10多个波片,改变了偏振信息后被导入一个关键器件——多路分束器,它相当于这台光量子计算机的CPU。在这里,“巫师们”对光子进行操纵。

  那些看似横七竖八排列的反射镜、波片、分束器和其他怪异的元器件,其实是“巫师们”独具匠心地设计、组装起来的。

  “我们设计出的超低损耗量子线路效率达到99%,而国际上其他研究组的量子线路效率只有30%。”陆朝阳说。

陆朝阳和学生们讨论光量子计算机的运行情况。 (新华社记者金立旺摄)

  这个“婴儿”诞生以来,只做了一件事:玩了一个叫“玻色取样”的游戏。这是科学家专门设计出来让量子计算机和经典计算机比赛的游戏。

  对着显示屏上高低起伏的谱线,“巫师”说:“我们仅操纵了5个纠缠的光子,它就打败了早期的经典计算机。”而“巫师们”在2016年底已可以操纵10个纠缠光子,创造了新的世界纪录。他们计划今年年底实现操纵大约20个量子比特。

  “虽然这台光量子计算机还不如你握着的手机计算能力强,但它是一个里程碑。人类历史上第一台电子计算机有几间屋子大,今天我们看它一文不值,但它具有非常重要的科学意义,从科学到技术,再到应用,要一步步走来。”陆朝阳说,最初汽车刚发明时,性能很不可靠,还没有马车方便舒适。但随着技术的发展,汽车终究超过马车。

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 编辑:[穆好强]
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