北京量子院明年攻堅量子計算與通信等4個研究方向

2020-12-08 騰訊網

新京報快訊（記者 張璐）記者今天獲悉，北京量子信息科學研究院（簡稱北京量子院）今年將完成整體研究方向布局，明年將重點在量子物態科學、量子計算與通信、量子材料與器件、量子精密測量4個方面進行攻堅。

今天，「2019年量子物理與量子信息科學前沿論壇」在北京量子院開幕。來自國內外知名大學和研究機構的23位頂尖科學家和知名專家學者做特邀學術報告，討論量子物理與量子信息科學的前沿問題。

清華大學副校長、北京量子院院長薛其坤接受記者採訪時表示，今年的量子院可以用「快速發展」來描述，在北京市政府的支持下，有了自己的辦公和科研場所，一大批世界上最優秀的科學家紛紛加入，已經形成了量子物態科學、量子計算與通信、量子材料與器件、量子精密測量這4個主要研究方向的雛形。「量子院雖然在規模上還需要進一步發展，但整個布局的幾個研究方向將基本完成建設。」

針對明年的工作計劃，薛其坤表示，2020年量子院重點對量子計算和通信等方向進行攻堅，量子精密探測等也在布局。

在營造科研環境方面，薛其坤透露，量子院整體儀器設備仍在採購中，第一批最關鍵的量子器件和一些微加工設備都已經到位。量子院已建設1500平方米的5個潔淨實驗室，購置總金額達2.34億元的首批高端科研設備52臺套，包括稀釋制冷機、電子束曝光機、反應離子刻蝕機等。

探訪：量子晶片在零下273.14℃「極低溫」下工作

記者來到其中一個實驗室「超導量子計算實驗室」進行探訪。在這裡，一臺稀釋制冷機正在不分晝夜地運行。「制冷機裡面是北京量子院自主研發的20比特量子晶片，比特數越高，計算能力越強。採用超導宏觀量子效應的量子比特必須在特別低的溫度下才具有量子特性，因此裡面的環境溫度最低是零下273.14℃，比宇宙的溫度下限（絕對零度），僅僅高了0.01℃。」實驗團隊的相關研究人員說，伸進位冷機的各種線纜連接著電子學儀器儀表，用於操控或者讀取量子晶片。

在超導量子計算實驗室，內置量子晶片的稀釋制冷機正在運行。量子院供圖

此前，谷歌稱成功演示「量子霸權」，證明了「量子優越性」，在特定任務上，量子計算機具備超越經典計算機的計算能力。這也讓「量子計算」走入大眾視野。

經典計算和量子計算有何區別？據介紹，計算機計算包括經典計算和量子計算，經典計算比特只能處於0和1兩個狀態，但量子比特可以實現疊加、糾纏，帶來了超強的並行計算能力。打個粗淺的比方，如果在一本厚厚的字典裡找一個字，傳統的經典計算是一次翻一本字典。而量子計算，則可以在多本字典中同時翻閱查找。

我國的神威·太湖之光超級計算機曾經是世界上最快的超級計算機，每秒鐘峰值運算12.5億億次每秒。然而，這樣的運算速度，面對50個量子比特的糾纏態處理可能就已經束手無策了。

「量子計算」會有哪些應用場景？該研究員稱，目前量子化學是熱門的研究方面之一，比如要對大分子動力學進行模擬，現在傳統計算機無法實現，「算不動」，靠量子計算可以起到加速作用。因此，量子化學在新材料探索、製藥等領域將發揮作用。

不過，該研究員也表示，目前量子比特存在一些錯誤，保真度尚不高，不能保證每一次操作一定是準的，因此對錯誤率要求很嚴的算法不適用。「目前仍處於有一定噪聲的中等規模的量子計算階段。我們要針對這樣的階段開發對應的算法，比如對噪聲不敏感的算法。」

據悉，量子計算有不同的技術路線，如拓撲量子計算、超導量子計算、量子點量子計算、離子阱量子計算、冷原子量子計算等等。該研究員說，幾種技術線路各有優缺點，目前，超導和離子阱兩種量子計算發展步伐較快，已經有商業公司在參與。

新京報記者 張璐

編輯 李國君 校對 陳荻雁

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