近日，中科院院士、中國科學技術大學教授潘建偉等人與德國、荷蘭的科學家合作，在國際上首次實現了20光子輸入60×60模式干涉線路的玻色取樣量子計算，在四大關鍵指標上均大幅刷新國際記錄，逼近實現量子計算研究的重要目標“量子霸權”。
中國科學家在光量子領域取得突破！
國際權威學術期刊《物理評論快報》日前以“編輯推薦”的形式發表了該成果，審稿人認為，這項研究突破是“一個巨大的飛躍”，“是通往實現‘量子霸權’的‘彈簧跳板’”。
美國物理學會Physics網站以“玻色取樣量子計算逼近里程碑”為題對該工作做了精選報道，網站評價認為，這個實驗已經接近超越傳統計算機，意味著量子計算領域的一個里程碑。
我國量子計算研究獲重要進展：玻色取樣實驗逼近“量子霸權”
據新華網、科學網等多家媒體報道，中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等與中科院上海微系統與信息技術研究所尤立星以及德國和荷蘭的科學家合作，在國際上首次實現了20光子輸入60×60模式干涉線路的玻色取樣量子計算，輸出了複雜度相當於48個量子比特的希爾伯特態空間，其維數高達370萬億。
這個工作在光子數、模式數、計算複雜度和態空間這四個關鍵指標上都大幅超越之前的國際記錄，其中，態空間維數比國際同行之前的光量子計算實驗高百億倍。論文以“編輯推薦”形式近日發表於《物理評論快報》（PRL）。美國物理學會Physics網站以“玻色取樣量子計算逼近里程碑”為題對該工作做了精選報道。
量子計算機在原理上具有超快的並行計算能力，在一些具有重大社會和經濟價值的問題方面相比經典計算機實現指數級別的加速。當前，研製量子計算機已成為前沿科學的最大挑戰之一，成為世界各國角逐的焦點。
其中，量子計算研究的第一個階段性目標是實現“量子計算優越性”（亦譯為“量子霸權”），即研製出能在特定任務求解方面超越經典超算的量子計算機。面向這一戰略目標，潘建偉、陸朝陽研究團隊長期致力於可擴展單光子源和玻色取樣量子計算的研究。
光量子比特的綜合性能總結，來源：新浪科技
今年早些時候，研究團隊提出相干雙色激發和橢圓微腔耦合理論方案，在實驗上同時解決了單光子源所存在的混合偏振和激光背景散射這兩個最後的難題，並在窄帶和寬帶微腔上成功研製出了確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的單光子源，相關成果被選為《自然·光子學》封面文章。
此次研究團隊利用自主開發的國際最高效率和最高品質的單光子源、最大規模和最高透過率的多通道光學干涉儀，並通過與中科院上海微系統與信息技術研究所尤立星在超導納米線高效率單光子探測器方面的合作，成功實現了20光子輸入60×60模式（60個輸入口，60層線路深度，包括396個分束器和108個反射鏡）干涉線路的玻色取樣實驗。
與國際同行的類似工作相比，中科大的此次實驗成功操縱的單光子數增加了5倍，模式數增加了5倍，取樣速率提高了6萬倍，輸出態空間維數提高了百億倍。其中，由於多光子高模式特性，輸出態空間達到了370萬億維數，這等效於48個量子比特展開的希爾伯特空間。
這次實驗首次將玻色取樣推進到一個全新的區域：無法通過經典計算機直接全面驗證該波色取樣量子計算原型機，朝著演示量子計算優越性的科學目標邁出了關鍵的一步。
PRL審稿人指出：該成果“在解決關鍵問題上邁出了重要幾步，是個巨大的飛躍，不僅是對光量子計算能力的一次有影響力的測試，更是通往實現量子計算優越性的彈簧跳板。
美國物理學會旗下Physics網站認為：“這意味著量子計算領域的一個里程碑：接近經典計算機不能模擬量子系統的程度。
潘建偉：手握量子“秘鑰”的人
中國的量子領域，有個人不能不提，甚至在一些報道中他被冠以“中國量子之父”的稱號，他就是潘建偉。
潘建偉，中國科學技術大學教授，中國科學院院士，發展中國家科學院院士，奧地利科學院外籍院士，中科院量子信息與量子科技創新研究院院長，中科院量子科學實驗衛星先導專項首席科學家。
世界級實驗室潛心深造，把技術帶回中國
1996年，在中科大近代物理系完成本科與碩士階段學習的潘建偉，進入奧地利因斯布魯克大學攻讀博士學位，師從安東·塞林格。彼時，他並不知道塞林格正領銜著一個量子信息研究大型項目——在中國，當時一個科研項目的經費常常只有五萬、十萬元人民幣，而這個項目卻是一百多萬歐元級別的。
在世界級實驗室，潘建偉一邊在一線參與實驗，同時也在琢磨將來應該往什麼方向發展。那時候，他就已經開始留心所學所做，打算未來將這一新興技術帶回中國。
1999年，潘建偉獲奧地利維也納大學實驗物理博士學位。2001年，學成歸國的潘建偉開始醞釀搭建中國的量子實驗室。隨著我國科研經費投入的不斷增加，量子實驗室從無到有，從有到強。
潘建偉的團隊從2003年開始做量子衛星的實驗：系列地面實驗證明，通過衛星進行量子通信是可行的。在潘建偉的領導下，2016年8月，量子科學實驗衛星“墨子號”在酒泉衛星發射中心發射升空，成為全球首顆量子衛星。
2017年9月，全長2000多公里的量子通信京滬幹線全線貫通，採用光纖傳輸量子信號，實現兩地量子保密通信，同時它的北京接入點與墨子號衛星連接，突破了地面光纖傳輸的距離短板，有觀點認為，這使得量子通信全球覆蓋的實現成為可能。
潘建偉團隊一系列的科研成果使我國量子保密通信的實驗研究和應用研究處於國際領先水平。
登上“Nature十大年度人物”
2017年，潘建偉教授登上“Nature十大年度人物”，並附上一篇新聞特寫，開頭寫道：
在中國，有人稱他為“量子之父”。對於這一稱呼，潘建偉當之無愧。在他的帶領下，中國成為遠距離量子通信技術（利用量子定律來安全傳輸信息）的領導者。潘建偉結束在歐洲的學習後，於2008年回到中國潛心開展科研工作，從此點燃了中國發展量子技術的熊熊之火。美國馬里蘭大學的量子物理學家Christopher Monroe說：“每一次我看到他們的研究進展時，都會感到震撼。”
現如今，潘建偉已成為中國量子通信方面的領軍科學家之一，帶領中國的量子研究穩步向前。
Google的量子突破並不意味著中國輸掉了量子計算機競賽
2019年的一個關鍵詞就是“量子霸權”，此前，谷歌在Nature發文實現“量子優越性”，對此，中國量子計算團隊的負責人潘建偉教授認為，美國現在已經超過了中國，但這“絕對不是終點”，而潘教授的團隊成員也表示，中國團隊仍然有希望實現量子至上，科學和技術的“聖盃”競賽才剛剛開始。
對此，也有不同觀點認為中國相關研究起步較緩。有量子科學家稱，Google在13年前啟動了量子計算機程序，其他美國公司（例如IBM）也已經進行了大量投資並建造了原型機，但中國直到最近才開始類似的工作。
以上觀點，也有反駁聲音。就目前而言，可用的量子計算機還有很長的路要走，目前美國和中國的先進技術都沒有任何實際應用。
“中美在量子計算機技術上的差距並不沒有那麼大。”北京大學量子物理學教授吳飈就說道，“我們還沒有離開起跑線。如果有任何區別，那可能沒什麼大不了，因為我們離任何實際的應用程序都還很遠。”
期待量子研究突破立竿見影是不切實際的，可能迫使量子研究遊走在科幻小說與現實之間
如今，量子計算機產生的結果仍然可靠性仍然存疑。例如，Sycamore在進行20輪仿真後只能保證0.2%的精度。量子計算機中的粒子由於其脆弱的條件也容易受到周圍環境的影響。
儘管筆記本電腦的中央處理器可以無故障運行數年，但Google量子芯片必須每隔幾微秒就停止一次。
谷歌對其量子芯片的主張也受到了美國科學界一些人士的質疑。例如，IBM已經發布了一項研究，聲稱谷歌的量子模擬被誇大了，因為它可以在幾天之內在經典計算機上完成，即使不是更快。
但是，量子計算機是人類科學技術的聖盃。它引起了政府，私人投資者和公眾的極大興趣。然而，對突破寄予立竿見影的厚望是不切實際的，並且可能迫使量子研究人員為尋求更多的資金和支持，“走在現實與科幻小說之間的狹窄道路上”。
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