2017年12月31日晚，國家主席習近平向全國人民致以節(jié)日問候。習總書記的“2018年新年賀詞”隨后在各大媒體平臺傳播。鼓舞、感動，網(wǎng)友在轉(zhuǎn)發(fā)習總書記的新年賀詞時無不為祖國2017年的成績點贊。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授朱曉波更是感同身受。因為在習總書記的“2018年新年賀詞”中，特別提到了“量子計算機研制成功”這一成果。這是包含潘建偉、陸朝陽、朱曉波等人在內(nèi)的中國量子計算機科研團隊共同努力的成果。

中國的量子名牌

“聽到習主席在新年賀詞中提到了我們的工作，我們很激動也備受鼓舞。”朱曉波告訴《中國科學(xué)報》記者。近年來，隨著國家對科技創(chuàng)新越來越重視，科研人員也更有條件做出最前沿的科學(xué)成果，有信心和能力與國際競爭。

走向國際，中國科學(xué)家如今越來越有信心參與國際科學(xué)競爭，并發(fā)出屬于中國科學(xué)家的聲音。

記者在電話聯(lián)系中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、量子計算機團隊成員陸朝陽時，他正和量子計算機團隊的領(lǐng)頭人、中科院院士潘建偉在機場，準備踏上飛往美國的飛機。

1月7日至12日，第48屆國際量子電子學(xué)物理會議在美國鹽湖城召開。在這次會議期間，潘建偉被授予蘭姆獎（ Willis E. Lamb Award for Laser Science and Quantum Optics ），并作題為“基于光與冷原子的可擴展量子信息處理”的報告。

時間回溯到2017年5月3日，潘建偉代表團隊在上海發(fā)布了一則重磅消息：世界上第一臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機誕生。這項成果是由他及同事陸朝陽、朱曉波等人，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組協(xié)同攻關(guān)而成。

自那一刻起，中國的量子計算研究走在了世界的前列。令習總書記在新年賀詞中“為中國人民迸發(fā)出來的創(chuàng)造偉力喝彩”的量子計算機，與不斷突破的量子通信技術(shù)一道為中國科學(xué)研究向世界亮出了一張“量子”名牌。

打通科研到應(yīng)用路徑

成果卓著，為世界所矚目。在光量子計算方面，研究團隊利用自主發(fā)展的綜合性能國際最優(yōu)的量子點單光子源，并通過電控可編程的光量子線路，構(gòu)建了針對多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計算原型機，這是世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的單光子量子計算機。實驗測試表明，該原型機的取樣速度比國際同行類似的實驗加快至少24000倍。

此外，在超導(dǎo)體系方面，研究團隊自主研發(fā)了10比特超導(dǎo)量子線路樣品，通過發(fā)展全局糾纏操作，成功實現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的超導(dǎo)量子比特的糾纏和完整的測量。

據(jù)朱曉波介紹，目前，研究團隊正在進行20個光量子比特和20個超導(dǎo)量子比特的操縱實驗，“相對于10比特超導(dǎo)量子來說，20比特在操縱、量比設(shè)計和制備等各個方面的難度都有所增加，雖然每一步走得都很困難，但我們一直在前進，期待能有個好結(jié)果”。

與此同時，為了使得量子計算盡快得到應(yīng)用，研究團隊正將10比特的超導(dǎo)量子處理器放在“云端”。“我們將10個超導(dǎo)量子比特的量子處理器接入云端，希望大家都參與，試圖打通科研到應(yīng)用。”朱曉波介紹道。

作為10個超導(dǎo)量子比特糾纏的主要實現(xiàn)者之一，朱曉波表示，每個人都可以在云端處理器中提交自己的需求。“我們希望通過這個方式，首先讓大家對量子計算機感興趣，驗證一些基礎(chǔ)量子算法的有效性。”

同時，他們也希望能以此來測量處理器的性能和穩(wěn)定性。“此前的研究畢竟是在實驗室的條件下，該量子處理器就是為了驗證其將來是否能良好運行、具備高性能，真正進行公共服務(wù)。”朱曉波說。

不為了進步而進步

2017年，量子計算能力的競爭引起了很多人的關(guān)注。谷歌在當年4月份宣布將推出49量子位處理器；IBM在11月宣布成功研制20量子位的處理器，還構(gòu)建了50量子位處理器原型……

許多人在激烈的量子計算競爭中感慨，量子計算的時代或許不遠了。不過，中國量子計算研究團隊并不單純以量子比特數(shù)目作為競爭目的，“我們更要提高超導(dǎo)量子比特的質(zhì)量，讓量子計算機將來真正能解決實用而有價值的問題。”朱曉波說。

量子計算機實現(xiàn)后，將會有很多領(lǐng)域的應(yīng)用，例如實現(xiàn)精準的天氣預(yù)報、躲避颶風海嘯，實現(xiàn)高效全局的最優(yōu)搜索，識別有效的分子組合、降低藥物的研發(fā)成本和周期，以及更加簡便和迅速地指揮交通、理解圖像等。

朱曉波告訴記者，未來量子計算機研制將分為三步走。

首先，在某個經(jīng)典計算機難以解決的特定問題上，實現(xiàn)量子計算機的運行速度比任何一臺經(jīng)典計算機都快；其次，量子計算機解決能夠初步應(yīng)用于一些目前無法解決的重大科技難題，解決更加“有用”的問題，使其具有商業(yè)價值，從而大規(guī)模推廣；最后，研制通用量子計算原型機，突破大規(guī)模量子計算機的芯片工藝，從物理層設(shè)計、制造，到算法運行實現(xiàn)自主研發(fā)，全面實現(xiàn)通用量子計算功能，并應(yīng)用于大數(shù)據(jù)處理等重大實際問題。

量子計算機的發(fā)展規(guī)劃穩(wěn)扎穩(wěn)打，前景無限光明，但量子計算機團隊科研人員更愿意強調(diào)的卻是，“覺得趕上了好時代，國力強大，國家高度重視科研，才能有機會去做最前沿的工作”。