潘建偉等在國際上首次實現量子分解算法

    日前，中國科技大學教授潘建偉和他的同事楊濤、陸朝陽等，與英國牛津大學的研究人員合作，在國際上首次利用光量子計算機實現了Shor量子分解算法，研究成果發表在近日出版的美國權威物理學期刊《物理評論快報》上，標誌著我國光學量子計算研究達到了國際領先水平。

    量子分解算法是1995年美國科學家Peter Shor提出的，是迄今量子計算領域最著名的算法。它利用量子計算的並行性，可以快速分解出大數的質因子，將使量子計算機很容易破解目前廣泛使用的密碼如RSA公鑰加密系統，嚴重威脅到銀行、網絡和電子商務等的信息安全以及國家安全。因此，Shor算法的提出迅速引起了世界各國對量子計算研究的高度關注。

    然而，Shor算法在量子計算機上的實驗實現一直是國際公認的難題。2001年，美國IBM公司和史丹福大學合作，利用核磁共振技術演示了分解15的實驗。但是由於核磁共振的固有缺陷，他們的實驗不能顯示該算法的量子屬性，也無法擴展到更多比特，限制了進一步的應用。

    為實現真正具有量子特性的Shor算法，潘建偉小組選擇光子比特這樣一種抗退相干能力強、單比特操縱精確的物理體系，系統地發展了一套國際領先的多光子相干操縱和糾纏態製備的實驗技術。經過艱苦的方案設計和實驗摸索，潘建偉等人與牛津大學研究人員合作，在國際上首次用光子比特、也是首次用真正的純態量子系統，實驗演示了關鍵性的Shor算法，實現了「15=3×5」這一質因子分解，並且確認了量子計算中多體純糾纏的存在，驗證了量子加速的根本原因。

    這項研究成果得到了國際學術界的廣泛關注和認可。美國物理學會以《量子計算的重大突破》為題發布新聞，稱讚「這一富有創造性的工作將有助於進一步應用於物理化學建模和超快搜索」。英國科技新聞雜誌《新科學家》以《量子計算威脅我們的機密數據》為題，對這項成果作了長篇報導，稱「出現能運行Shor算法的量子計算機具有極為深遠的意義：這意味著未來量子計算將能夠輕鬆地破解我們的銀行帳號以及商業和電子商務數據使用的密碼」。

    潘建偉說，儘管現在的量子計算機還顯得非常粗糙幼稚，就像一個蹣跚學步的嬰兒。然而一旦發展成熟，它的計算能力將超越所有的經典計算機。