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2020年11月25日下午，少年班學(xué)院在東區(qū)水上報告廳成功舉行了本學(xué)期“少年班論壇”的第二講。此次邀請到中國科技大學(xué)陸朝陽教授，為廣大師生帶來題為《量子計(jì)算：夢想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)》的主題報告。通過這次講座，陸教授回顧了量子計(jì)算的發(fā)展歷程，展現(xiàn)了自身團(tuán)隊(duì)最前沿的工作進(jìn)展，并對未來的量子之夢做出展望。

費(fèi)曼（Richard Feynman）在上世紀(jì)80年代提出了量子計(jì)算的設(shè)想，描述了一種基于量子糾纏原理的計(jì)算，能指數(shù)級提高計(jì)算的速度。當(dāng)量子計(jì)算機(jī)能解決某個經(jīng)典計(jì)算機(jī)所無能為力的問題時，即達(dá)到了所謂的“量子霸權(quán)”。它既是量子計(jì)算發(fā)展的重要里程碑，也是邁向通用量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。在本次講座中，陸教授主要就單光子玻色取樣問題展開論述。該問題描述光子的一種概率分布。經(jīng)典計(jì)算機(jī)幾乎無法完成這么困難的計(jì)算，而用特制的量子計(jì)算機(jī)，輸入相干的光子，就能快速得到結(jié)果。這能良好地體現(xiàn)量子優(yōu)越性。但剛提出時，玻色采樣長期只能做操作5個以下光子的原理性實(shí)驗(yàn)，無法真正實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)。

報告伊始，陸教授開宗明義，量子計(jì)算的核心指標(biāo)是量子比特的質(zhì)量和數(shù)量。玻色取樣需要全同光子，建設(shè)高效率、高純度（每次發(fā)射一個光子）、高不可區(qū)分度的光子源就成為實(shí)驗(yàn)所需。從過去低效不穩(wěn)定的光子源到現(xiàn)在99%純度，97%不可區(qū)分度的光子源，陸教授展示了多張第一手的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與圖片，帶我們回憶了近二十年來由停滯不前，到飛速發(fā)展的一步步精進(jìn)的過程。個中蘊(yùn)含的，是糾纏系統(tǒng)易操作與穩(wěn)定性之間的矛盾，而研究團(tuán)隊(duì)，用陸教授的話說“push the limit”，盡力消除每個光子的差異。值得一提的是，陸教授還指出“難點(diǎn)不是產(chǎn)生糾纏，而是解除無需的糾纏”。陸教授把未來建設(shè)光子源的目標(biāo)放在99%純度，99%的不可區(qū)分度，甚至更高，畢竟“99.999%的幾十萬次方也只是一個很小的值”。

截至報告之前，陸朝陽教授團(tuán)隊(duì)已完成76個光子的玻色取樣，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。相對比，超級計(jì)算機(jī)“神威·太湖之光”目前只完成過40個光子的玻色取樣。但從量子霸權(quán)的實(shí)現(xiàn)，到通用量子計(jì)算機(jī)，還有很長的路要走。要建成通用量子計(jì)算機(jī)需要幾十萬到幾億的量子比特，對此，陸教授明確了二者的差異，展示了量子計(jì)算的廣闊前景。他還提及了量子計(jì)算在“機(jī)器學(xué)習(xí)”“隱形傳態(tài)”“量子模擬”等方面的應(yīng)用之夢。

報告后期的提問環(huán)節(jié)中，教授詳細(xì)回答了來自老師和同學(xué)的多個問題，并用自己專業(yè)的知識對實(shí)驗(yàn)的具體原理與操作進(jìn)行了補(bǔ)充描述。整場報告中，讓聽眾們印象深刻的不僅有陸教授團(tuán)隊(duì)的出色工作，還有他嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神和謙遜理性的科學(xué)素養(yǎng)。陸教授認(rèn)為，“科學(xué)的進(jìn)展依賴于否定之否定”，要做“對自己工作最嚴(yán)厲的批評者”。如此，才能在曲折困難的研究道路上尋找到機(jī)遇；對于工作中取得的成績，陸教授將之歸功于潘建偉院士和團(tuán)隊(duì)同事，和優(yōu)秀的伙伴一起工作實(shí)在獲益匪淺；而涉及到“錢”和媒體的宣傳時，陸教授展現(xiàn)了理性的客觀態(tài)度：對科學(xué)家來說，談錢是俗氣的；而對于科研事業(yè)的發(fā)展，沒有足夠的科研資金可以說是寸步難行。

正如報告最后，陸朝陽教授所言：“做人沒有夢想，跟咸魚有何分別？”當(dāng)夢想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，量子計(jì)算未來可期！伴隨著熱烈的掌聲和最后的合影，本次論壇圓滿落幕。

日前，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等組成的研究團(tuán)隊(duì)與中科院上海微系統(tǒng)所、國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，構(gòu)建了76個光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，實(shí)現(xiàn)了具有實(shí)用前景的“高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解。根據(jù)現(xiàn)有理論，該量子計(jì)算系統(tǒng)處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級計(jì)算機(jī)快一百萬億倍（“九章”一分鐘完成的任務(wù)，超級計(jì)算機(jī)需要一億年）。等效地，其速度比去年谷歌發(fā)布的53個超導(dǎo)比特量子計(jì)算原型機(jī)“懸鈴木”快一百億倍。這一成果使得我國成功達(dá)到了量子計(jì)算研究的第一個里程碑：量子計(jì)算優(yōu)越性（國外也稱之為“量子霸權(quán)”）。相關(guān)論文于12月4日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

（少年班學(xué)院）