浪潮和多家科研單位聯(lián)合刊發(fā)量子計算研究新成果

　　來(lái)自浪潮和中科院等多家科研單位的中國科學(xué)家近日聯(lián)合發(fā)表關(guān)于最新量子計算研究的論文，提出了以半導體量子環(huán)構建量子計算機的理論設想，提供了一種新的可行的量子比特實(shí)現方式。該論文已經(jīng)被英國皇家化學(xué)學(xué)會(huì )的雜志Phys. Chem. Chem. Phys.收錄并予以刊發(fā)(Phys. Chem. Chem. Phys.， 2017，19，30048-30054 )。

　　浪潮等中國科學(xué)家近日聯(lián)合發(fā)表關(guān)于最新量子計算研究的論文

　　量子計算機是通過(guò)疊加和糾纏的量子現象來(lái)實(shí)現計算力的增長(cháng)。量子疊加使量子比特能夠同時(shí)具有0和1的數值，可進(jìn)行“同步計算”;量子糾纏使分處兩地的兩個(gè)量子比特能共享量子態(tài)，創(chuàng )造出超疊加效應：每增加一個(gè)量子比特，運算性能就翻一倍。理論上，擁有60個(gè)量子比特的量子計算機可瞬間實(shí)現百億億次計算(E級計算)。

　　神秘的量子世界

　　量子計算的巨大潛在價(jià)值，使得它成為最火熱的研究項目之一。中美日歐各國都在整合各方面研究力量和資源開(kāi)展協(xié)同攻關(guān)，谷歌、微軟、IBM 、英特爾等科技公司也已經(jīng)開(kāi)始量子計算的研究。今年5月，IBM發(fā)布16個(gè)量子比特的系統，半年之后即發(fā)布新型的20位量子比特的量子計算機，并宣稱(chēng)已成功開(kāi)發(fā)出一臺50位量子比特的原型機。谷歌量子硬件負責人約翰·馬丁尼斯(John Martinis)則在10月透露谷歌已擁有22個(gè)量子比特的芯片，并且計劃在明年發(fā)布49個(gè)量子比特的芯片。中國也在5月初發(fā)布了世界首臺超越早期經(jīng)典計算機的光量子計算機，成功實(shí)現了10個(gè)超導量子比特糾纏，預計年底可以實(shí)現操縱20個(gè)量子比特。

　　作為信息載體的量子比特的實(shí)現方式，是量子計算機的研究中一項關(guān)鍵性技術(shù)。優(yōu)秀的量子比特實(shí)現方式一般需要滿(mǎn)足幾項特定的要求，如較為容易的物理載體的實(shí)現方式、容易的初態(tài)制備和操作、較長(cháng)的相干時(shí)間等等。

　　目前，量子比特的實(shí)現方式主要有光子、離子阱、超導環(huán)、半導體量子結構等，基于這些不同物理載體實(shí)現的量子計算機各有優(yōu)劣，如光子相干時(shí)間較長(cháng)但難以觀(guān)測和控制，超導環(huán)易于控制但相干時(shí)間極短，而離子阱雖然相干時(shí)間較長(cháng)且易于控制，但由于需要頻繁的激光操作，因此效率不高。

　　此次浪潮集團和中國科學(xué)院微電子研究所微電子器件與集成技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室、重慶郵電大學(xué)理學(xué)院、廈門(mén)大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院半導體光子學(xué)研究中心的相關(guān)研究人員從理論上提出的半導體量子環(huán)設想，可使用半導體量子多電子環(huán)中電子自旋軌道耦合調控的手段，通過(guò)外場(chǎng)或電子數的方式實(shí)現對量子態(tài)的有效調控，并通過(guò)光學(xué)手段很容易探測。更重要的是，基于半導體量子結構的實(shí)現機制則可以利用現有的半導體工藝，從而可以較為平滑地從經(jīng)典的半導體芯片過(guò)渡到量子芯片。

　　本論文的研究方法使用了較為嚴格和精確的理論模擬方法，但計算量巨大，如3個(gè)電子態(tài)的物理計算就需要約30億億次雙精度浮點(diǎn)計算量，6個(gè)電子態(tài)的計算量更是增長(cháng)100～1000倍，因此模擬代碼的實(shí)現在一開(kāi)始就考慮到了大規模并行擴展和優(yōu)化，可實(shí)現對十數個(gè)電子態(tài)的模擬計算。