如何評價中國科學家最近在量子計算領域取得的一系列突破？

01-02

論文鏈接[1703.10302] 10-qubit entanglement and parallel logic operations with a superconducting circuit
[1703.06613] Solving Systems of Linear Equations with a Superconducting Quantum
[1612.06956] Multi-photon boson-sampling machines beating early classical computers
http://m.weibo.cn/3494982177/4103258702861318

http://www.cas.cn/cm/201705/t20170503_4598975.shtml
有更加詳盡的報道嗎？實現民用大約還要多久？

謝邀。

不懂光量子計算，我不說。來說說超導這邊的事兒吧~

首先，新聞中的報道提到的超導方面的工作是兩項工作，兩篇文章，採用的是兩個不同的超導量子晶元。

第一篇文章3月31號放在arXiv上的。當時我還在寫論文的時候，可愛的逗比老闆就給我發來這封郵件：

老闆，學術上的事兒，你能正經點兒么

一個月來三四次，老闆都在組裡或者和我提到這篇文章，表現出極大的驚訝和讚歎。大概意思是中國突然就做出了這麼好的一份工作，而且還是以前（在超導方面）沒什麼名氣的做出來的！而回想起15年回國聽報告的時候，國內做的超導量子比特只有不到1us的壽命，現在這個時候聽到國外老闆如此稱讚國內的工作，由衷地為中科大和浙大感到高興，也希望國內量子計算能夠像很多其他學科一樣，實現趕超！

這項工作很突出，可是它並不像不負責任的媒體所說的是世界首創

中科大這塊10 qubit的晶元（2017）：

Google的9 qubit晶元(2015)：

IBM的6 qubit晶元（2017）：

Delft的5 qubit晶元（2015）：

如何比較這些晶元？

顯而易見，數量上，中科大糾纏了10個qubit，這是在世界上公開發表的論文中的首次，超過了John Martinis組的9個，是本文最大的亮點。

質量上，超導qubit的「壽命」（ $T_1$ ），中科大的在 $10.9~mu extrm{s}$ 到 $27.2~mu extrm{s}$ 之間，UCSB的在 $18.6~mu extrm{s}$ 到 $39.2~mu extrm{s}$ 之間，IBM的在 $20.4~mu extrm{s}$ 到 $44.4~mu extrm{s}$ 。可以說，中科大的qubit 「壽命」接近世界領先水平。

但從操作靈活性及可靠性上來說，中科大的晶元就差了一些。體現在兩點上。1）不知道你有沒有發現，怎麼中科大的晶元看起來要簡單很多呢？正是這種簡單，導致中科大的晶元在無法任意地同時操作兩個qubit，也無法很好地同時將任意兩對相鄰的qubit分別糾纏起來。而Google, IBM和Delft的晶元就不存在這樣的問題。 2）中科大的晶元兩qubit操作的可靠性只在90%左右，而Google的在98%左右。（Delft和IBM的數字暫時沒找到）。

而在標準的通用量子計算機中，我們不僅需要較長的壽命，更需要高達99%的操作可靠性，而且任意兩個相鄰qubit之間都要能夠自由實現高可靠的兩qubit操作。因此，從這個角度來說，中科大的這塊晶元和世界領先水平還有些許距離。較為悲觀的一件事是，在一塊晶元上排布的元件數量越大，布局將越複雜，操作的可靠性又會進一步下降。而且平面布局的晶元會極大的收到引腳的制約。現在Google, IBM和Delft都卡在引腳問題上，在尋求各自的解決方案。Google將不同的元部件放在兩塊晶元上，然後堆疊在一起。這被稱為3D堆疊。Delft則在晶元內部直接安放引腳，通過垂直引腳接出來（3D引腳）。這也是中科大以後所需要解決的一個問題。

中科大的第二篇論文採用的是另一塊4 qubit的晶元：

應該是採用了和Google晶元的一樣的qubit的結構。

這是一篇利用小型量子晶元實現量子演算法的文章，是當前量子計算領域很熱門的一個方向。去年Google利用2 qubit實現了氫分子的基態能量的模擬，今年IBM新出的一篇文章則利用了上面的6 qubit晶元實現了用於量子模擬的VQE演算法。可以預見，今年Google, IBM和Delft會做出更多在這方面相關的工作。從這個角度來說，中科大走在了世界前沿。

總的來說，中科大這次做出了一項很好的工作，雖然某些方面和國際領先水平有些差距，但這是中科大從無到有的工作。剛剛起步就做出了如此搶眼的工作，值得稱讚和鼓勵（此處應用掌聲~~ └(゜?゜└)(┘゜?゜)┘ ）。但也如同其他答主所說，國內無知媒體有些過分吹捧，這是不好的。希望能夠更為理性地看待這些工作，要稱讚鼓勵，但不要捧殺。

參考文獻：

中科大：

[1703.10302] 10-qubit entanglement and parallel logic operations with a superconducting circuit[1703.06613] Solving Systems of Linear Equations with a Superconducting Quantum Processor

Google:

http://www.nature.com/nature/journal/v519/n7541/full/nature14270.html

IBM:

[1704.05018] Hardware-efficient Quantum Optimizer for Small Molecules and Quantum Magnets

Delft:

Detecting bit-flip errors in a logical qubit using stabilizer measurements

3D堆疊和3D引腳的信息來自於今年的APS會議（March Meeting)。

潘組的成果可喜可賀，不過各種媒體報到的諸如「造出世界首台光量子計算機」完全是瞎扯，因為這既不是世界首台，也不是量子計算機。

你們媒體啊，還是要提高姿勢水平，不要總是喜歡弄個大新聞！

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首先我不直接做量子計算，但我們組很多其他人做，因而有一定的了解，另外經常有世界各地的人來我們組訪問，所以經常有和各種大牛討論的機會。

上周和某大牛吃飯，該大牛是馬克思普朗克某研究所的所長（馬克思普朗克學會大致相當於德國科學院），引用超過7萬次，h-index過百（100篇以上引用超過100的文章）。席間一個做量子計算的師兄問大牛對目前量子計算實驗的看法，大牛說：

「也許幾個月內我們就會在紐約時報上看到google研製成功可以實現「量子霸權」的「量子計算機」。我對此感到憂慮。媒體總喜歡弄個大新聞，給人造成我們很快就能研製出無所不能的量子計算機的假象。人們對此無比激動，迫切想買到量子計算機（比如D-wave）。而當他們買到之後，會發現這些所謂的量子計算機根本沒用（「useless」），然後他們會認為整個量子信息領域都是沒用的，然後我們的經費就沒了。。。

這些急需提高姿勢水平的媒體和一小撮別有用心的工程師會讓我們這些老老實實工作的科研人員背黑鍋。」

「你認為我們離真正有用的量子計算機大概多遠？」

「二三十年吧。我這麼說的原因是二三十年後我會退休，所以就算到時候造不出來有人找我問罪，我也無所謂了。」

解釋一下為什麼該大牛認為現在的「量子計算機」是沒用的。目前所謂的量子計算機並不是通用量子計算機（universal quantum computer）。通用量子計算機可以在上面進行編碼，所以可以寫各種程序，實現不同的功能。而目前的所謂「量子計算機」只是針對某一特定問題，比如D wave其實是量子退火機，只能實現某些optimization的運算。google所謂的49比特「quantum supremecy」只是能模擬經典計算機所無法模擬的某些過程，不是真正的量子計算。這次潘組做出的boson sampling與之類似，只不過是在不同系統上。

至於我們離真正有用的量子計算機還有多遠呢？

通用量子計算機大概需要這幾步：

1，實現足夠好的量子比特（qubit）和量子門（quantum gate），這一步基本問題不大，目前可以說基本做到。

2，實現可擴展的量子比特和量子門（scalability）。這一步難度非常大，把多個qubit 糾纏起來並準確操作的難度隨qubit數量指數上升，目前大部分研究組都還在這一步。

3，實現量子糾錯（quantum error correction），和容錯計算（fault tolerance）。這一步非常重要，可惜即使是理論上也還沒完成，實驗就更是十萬八千里了。

量子糾錯指如果你的機器出現了錯誤，要及時查出並糾正，否則得出錯誤的答案還不知道，這量子計算機就基本上沒用了。量子糾錯有如下難點：

a, 你不能直接測量qubit。比如你的態是a|0&>+b|1&>，假如發生了bit flip error (0-&>1,1-&>0)，變成b|0&>+a|1&>，經典物理允許你直接把a，b測出來，但是量子物理不行，你測出a，b等於直接退相干，這個qubit就廢了。所以就需要用3個物理qubit來編碼1個邏輯qubit，a|000&>+b|111&>。假設發生1個bit flip，我們可以測量以下4個算符：

P0=|000&>&<000|+|111&>&<111|, 沒有錯誤

P1=|100&>&<100|+|011&>&<011|, qubit1反了

P2=|010&>&<010|+|101&>&<101|, qubit2反了

P3=|001&>&<001|+|110&>&<110|, qubit3反了.

注意進行這些測量並不會得出a b的值，而且測量並不會改變原先的量子態，但是能得出哪個qubit反了，並進行相應的糾正。

b, 上面只是對bit flip error進行糾錯，簡寫做X error，還需要同時對Z error，也就是0+1-&> 0-1進行糾錯。我們可以用9個物理比特編碼1個邏輯比特

|0&>: (|000&>+|111&>)(|000&>+|111&>)(|000&>+|111&>)

|1&>: (|000&> -|111&>)(|000&> -|111&>)(|000&> -|111&>)

這裡省略了歸一係數。這是著名的Shor code，如果有一個X error 和一個Z error，可以通過進行某些集體測量檢查出是哪個qubit出了問題，並進行相應的糾正。

光是有QEC還不夠，還需要fault tolerant，即，邏輯量子門（對已經進行量子糾錯編碼的邏輯qubit進行操作）如果上一步出現了一個錯誤，下一步也最多只能有一個錯誤，否則錯誤越來越多，隨著邏輯門數量指數上升，根本改不過來。具有如此性質的邏輯門叫transversal gates。這裡只是給出大致的idea。目前還沒有設計出univeral+transversal gate set。universal gate set指能通過組合完成所有邏輯操作的一組gate，其中必須包含一個非Clifford gate，比如Pi/8或Toffeli gate，而上面的Shor code只是對Clifford gate 才是fault tolerant。

最接近達到目標的是15 qubit編碼一個邏輯qubit的3D color code，其中14個qubit是兩組2D color code，但是剩下一個qubit沒有被protect，對其進行操作的量子門不是fault tolerant，所以還需要其他更複雜的保護。總之，即使在理論上，我們也還沒有找到能實現通用量子計算的可行的方法。

目前大多數實驗，比如google 要做的用49個qubit證明「quantum supremcy」和bosom sampling，是在沒有quantum error correction的情況下，做一些實用性非常有限的特殊問題，證明這些不是量子計算機的機器，也能達到比經典計算機更好的效果（exponential speedup）。從某種意義上來說，這並不是研製通用量子計算機（UQC）中的一步，而是通往UQC大道上的一條岔路，除了技術積累之外，更多的是象徵性意義。

Google花大價錢雇了原USCB教授John Matinis團隊，短期內（如大牛所說二三十年）幾乎不可能帶來任何直接經濟效益，除了不想落後於競爭對手如IBM之外，更多的可能是追求廣告價值，通過媒體不斷炒作，弄各種大新聞，而且讓人認為google一直在做能推動歷史進程的cool stuff，並不斷取得進展。但事實上，至少在量子計算方面，他們離真正推動歷史進程還相差甚遠。（當然他們積極投身量子計算還是值得鼓勵的。）

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鑒於量子計算已經成為繼推翻相對論，量子力學測量問題，熱力學基本問題（製造永動機）之後的第四大民科集中營，我這裡再潑一盆冷水。

我曾和另一位做超導量子計算的大牛吃飯，席間談到量子計算機。（該大牛也是原UCSB教授，John Matinis的合作者，前些年被大價錢挖到芝加哥大學）。大牛直接說：D-wave之流明顯是useless，即使是通用量子計算機也是useless。原因如下：

1，量子計算機即使造出來也成本極高。為了避免dechoerence，量子計算機十有八九是要在極低溫環境下工作，而且體積會非常龐大，就像當年的ENIAC那樣，操作之需要上百個工程師，成本極高。而做到便攜化短期內幾乎不可能。

2，即使有了量子計算機，我們也沒有足夠的問題需要在量子計算機上算。量子演算法研究了20多年，只找到非常少的量子計算機會比經典計算機有巨大優勢（exponential speedup）的問題。

（該大牛自己做超導量子電路的原因是他覺得能用此做一些有意思的物理，比如non-classical state。另外我不完全同意他對量子計算機的看法）。

我引述這兩位業內領軍人物的觀點，並不是說目前的量子計算研究都是噱頭，事實上，我覺得技術積累還是非常有意義的，況且我老闆主要的經費來源就是量子計算，我實際上也是吃這碗飯的，不至於砸自己飯碗。但是我希望廣大不明真相的圍觀群眾能對量子計算有一個客觀的認識，不要跟著媒體往天上吹，省得牛皮吹炸了大家都不好看。

潘老師真的是很會宣傳，國內還少有科研上出了成果，然後開發布會的呢.....如果我沒有理解錯的話，這次搞的大新聞應該是兩個成果，超導量子計算一個(感謝評論區@Paprika指出，超導量子計算是兩篇論文)，另一個是高效多光子波色採樣。
關於超導量子計算，可以先參考我之前的一個回答
https://www.zhihu.com/question/58890817/answer/162619917

關於高效多光子波色採樣的我在另一個問題下面做了回答
https://www.zhihu.com/question/59320193/answer/164030403

在這個大新聞包含的兩個成果中，潘組的組織協調能力做的貢獻大於科研攻關做的貢獻。潘老師能儘可能把最優秀的人和物組織起來，做出領先的成果。真的很厲害。
原因是這樣的，在朱曉波老師從物理所被挖到潘組之前，潘組是沒有做超導量子計算的積累的。反而，郭光燦老師的實驗室的郭國平老師在半導體量子晶元方面耕耘多年(現在郭國平老師也在做超導量子計算方面的工作)。潘老師還協調了浙江大學的王浩華老師，一起才把10比特的超導量子計算做出來。

從他們即將發表的這篇文章中也能看出來，第一完成單位是中科院物理所，第二單位是浙江大學。第三第四單位才是科大。並且，潘老師都不是通信作者，這在潘組之前的文章的是很少見的。犧牲掉自己一點利益，實現國內量子信息領域領域的最大化。

可以看出潘老師已經把自己的身份從領導自己的研究小組轉成了，領導國內整個量子信息方向。對在量子信息領域，國內能有這樣一位有擔當，敢擔當的大牛表示感謝。

只有做到或者超過50個比特，才能真正的超越現有的經典計算機！谷歌號稱自己會在年底之前把超導量子計算做到50個比特，真正實現量子計算的霸權。就看潘老師他們什麼時候能真正的做到50個比特了。

另外，雖然在潘老師這個成果之前，報道過的超導量子比特最多是做到9個。但是，毫無疑問，老外現在能做到的肯定不止10個了。大家也不能盲目樂觀。
所謂的破紀錄的光量子計算機，就是指高效波色採樣。是一個典型的量子模擬器。不是通用型的量子計算機。通用型的是指，10比特的超導量子計算。
在量子通信領域，潘老師的團隊已經世界領先了。現在看來，在量子計算領域，即使不是世界領先，也已經距離世界領先非常接近了。意義重大！

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更新分割線……
沒想到大家的熱情這麼高，非常感謝！

已經有回答把潘老師已經接收發表的兩篇相關論文拿出來分析了一下了。我還是對他們的那篇還沒有發表出來的，做的是真正十超導比特糾纏的實驗最感興趣。拿出來跟大家分享一下。

首先來看摘要部分:

在一開頭，他們就說了，是用真正糾纏的GHZ態來證明自己的超導晶元達到了10比特的糾纏的，相應量子態的保真度達到了0.668，超過GHZ態理論閾值，證明實驗成功！摘要中強調了，現在在固態結構中，他們刷新了世界紀錄。為大規模量子計算鋪平了道路。
小八卦一下，GHZ態是以三個科學家的名字命名的。其中最後一個Z，是指Zeilinger，是潘建偉老師的博士導師，量子信息領域最牛的大牛之一。

在文章的第一段，他們上來就強調量子糾纏的重要性，在量子信息各項技術中都有非常重要的作用。接著，他們指出了實驗雜訊是一個非常重要的影響因素。在他們這個工作之前，固態結構的量子比特最多只做到5比特的糾纏。

接著文中細細的羅列了，近些年來超導量子計算的一些列突破。由於樣品加工和操控上的優勢，使其成為了一個非常有前景的固態平台。

實驗結果一，(a)圖是超導晶元的示意圖

實驗結果二，6量子比特的實驗測試結果

實驗結果三，10比特的實驗測試結果。他們在文中，特意強調了，他們用來精確測量10比特糾纏的方法。

總結，這10比特的糾纏真的是貨真價實的10比特糾纏。做了很多獨創性的工作，解決了不少前人沒有解決的問題。雖然在去年就聽說了，國內現在超導量子計算搞的非常好，在看到他們真正的實驗成果的時候，還是非常的激動的。

感謝幾個同學的邀請，還有另外幾個同學在另外的問題的邀請「中國量子計算機的誕生，創造了世界紀錄」會對未來中國科技的發展有怎樣的影響？ - 知乎。突然今天有這麼多人邀請我這個萬年不回答的人。原來是中科大的弄得大新聞，挺好的。作為從業者希望大家可以關注量子計算。

我大概讀了一下，前面已經有人大概的回答了一些東西，我主要讀了High-efficiency multiphoton boson sampling 和 10-qubit entanglement and parallel logic operations with a superconducting circuit。這兩篇論文，現在就這兩篇的技術細節來說，最後展開說明一下意義和影響。

1.High-efficiency multiphoton boson sampling。

先介紹一下什麼是boson sampling。簡單來說就是光子通過一系列的光波導，然後由光波導組成的透過率與反射率光分束器（beam splitter）。由這些光波導組成的系統就可以實現量子計算。在這個答案中，我已經在這個問題量子計算機的工作原理如何解釋？ - 知乎回答了如何用光波導去搭建一個量子計算機，這裡不再贅述。需要特別指出的是，雖然光量子計算證明了是universe（通用）的，但是這是需要多餘的光子進行計算，而且是有概率的產生entanglement（糾纏態）。而boson sampling是可以也只能計算permanent（積和式），這個的優點就是只需要相干的性質，也就是說不需要多餘的光子來當ancilla。而且permanent在經典計算中十分困難。（當然挺多做量子計算的人並不認為boson sampling是量子計算，他們認為在經典演算法也可以找得到。當然目前沒有。）所以其實boson sampling在量子計算的學界並不受到重視。當然這不影響這是一篇十分優秀的實驗論文。

在論文中，主要提高了boson sampling的輸入光子數還有更快的取樣率。在實驗中，主要有單光子源，信號分路器，還有由36個50/50 beam splitter所組成的光波導。在這篇論文中，單光子源做的十分好。單光子源一直是量子光學的夢寐以求的器材。在量子通信，光量子計算都是十分重要的一環。而在這篇文章中提到的單光子源，

十分高的單光子輸入率
十分高的不可區分的光子
十分高的光子收集效率

值得一提的是，在測量second order correlation在0延遲的情況下，基本上接近於0（0.027）。這個數值已經很不錯了。當這個數值是0的時候就代表這個是完美的單個光子源。然後實驗中運用了HOM effect去測量單光子源的各個光子是不是一樣的。在這裡他們測得了0.939，還是很接近於1的。最關鍵的是，保持前兩項關鍵數據後，還能有十分高的輸出頻率。論文這是目前為止最亮的單光子源。

而十分高效的光路分離器，運用了電光效應，這個已經做得很成熟了，論文中提到有大於99%的通過率。

低損失的50/50 beam splitters主要加入了一層抗反射的外套，具體怎麼做的並不是很清楚。

最後來總結一下，總的來說，實驗很漂亮，但是由於boson sampling對於量子計算的意義不是很大。所以影響有限，但是這個單光子源還是大有可為的，畢竟拿來做量子通信的實驗，又是一篇nc或者prl的論文呢。

2. 10-qubit entanglement and parallel logic operations with a superconducting circuit

而我更加在意的是這一篇論文，雖然本人並不做超導量子計算。但是超導量子計算才是學界認為的主流，而不是所謂的光量子計算，至少目前來看是這樣的。就我所知，在幾年前IBM的博士畢業生大概能做5 qubits的超導量子計算晶元。而且好像並沒有5 qubits全部的糾纏態。

而在這一篇實驗中提到了10個qubits一起糾纏在一起形成了10個qubits的GHZ state。

這個就是實驗的示意圖。1到10就不同的qubits，藍色和紅色的是輸入微波電磁場的，用來控制單個qubit的操作的。B是一個cavity。首先可以寫出系統的Hamiltonian，

第一項就是B cavity的Hamiltonian量，中間的是第j個qubit的本身的Hamiltonian，最後一項是第j個quit與B cavity JC coupling。也就是說當一個B cavity多一個光子的時候，就是第j個qubit下降一個能級（state，|1&> 到|0&>）。相反的情況也有。然後用一個coupling常數來描述這個coupling之間的強度。

那麼第二個qubit-qubit的interaction的Hamiltonian量也可以很快寫出來

第一項依然是JC模型，是第j qubit 與第j『 qubut 的coupling。由於這個coupling是由B cavity來連接的，所以可以得到coupling strength是lamba_j. 而後面的一項就是第j個qubit和第j『個qubit的自己本身的Hamiltonian。

那麼我們知道這個系統的所有的Hamiltonian那麼我們就可以計算出任何時間的這個系統的量子演進。

只需要給出不同的coupling strength g_j，這個是實驗可以調控的。

在實驗中，一開始，論文中驗證了3個光子對entanglement（糾纏）起來然後放在一起，再分開來測量。

（a）就是這個實驗的「電路圖」。（b）entanglement的結果

我們可以看到首先在Q3，Q5，Q2上加了一個pi pulse控制，這是單qubit的控制可以參看我在量子計算機具體結構、如何產生控制量子態？ - 知乎下的答案。而具體如何實現的可以參考我在量子計算機的工作原理如何解釋？ - 知乎下的其中超導量子計算的答案，我相信這個實現與這篇論文的大同小異。pi pulse control可以讓Q3，Q5，Q2先由|0&>到激發|1&>態。

所以起始點是P10(0)=1,P_01(0)=0, 然後我們只需要在特定的時間關閉微波電磁波，我們就可以在50% |10&>與 50% |01&>態之間，而這個就是一個糾纏態。所以回到上面的圖（a），SE-sqrt（i SWAP）的時間長短不一。最後得到三個光子的糾纏態。最後我們可以看到最後的結果（上面的圖（b）），如果是全部是0.5就是完美的糾纏態，稍微有點點差別。

根據上面的想法，實驗中先用pi/2進行調控，就讓Q1到Q10由|0&>變成|+&>。然後再用一個SE interaction 根據不同的coupling strength來調控時間，得到10個qubits的GHZ state。具體的細節可以參考原文。這裡就不展開說了。

總結一下，這篇論文個人覺得在量子計算方面要有價值的多。而且我相信只是目前我國在超導量子計算領域（實驗部分）最牛的一個了。但是估計還是要落後於美帝呀的技術呀。但是可以看得出在慢慢接近美國。目前來說也就只有中美才能玩的起這些東西了。哈哈，作為一個中國留學生還是自豪呀。Ps，我猜這篇不是np就是nc。嘿嘿~

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以上所有圖片都不屬於我，都是從論文中摘下的。所有copyright的問題，我也不知道這是不是問題~

實在是受不了某些外行人在這問題底下胡說八道了，不要說文獻都看不懂，就連新聞都不好好看就開始嘰里呱啦一大堆有的沒的的事情，藥丸啊。

簡單梳理一下吧，發布會說了三件事：

實現了10個超導量子比特的操縱
用4位超導量子比特系統解了個2*2的線性方程組
光量子模擬機超越了初代的經典計算機（ENIAC）

我錯了我錯了，剛才說1的文章沒看見是因為在arXiv搜Jian-wei Pan搜不到...這次他化名J.-W Pan了...文章在arXiv:1703.10302 https://arxiv.org/pdf/1703.10302.pdf

2的文章掛在了arXiv上[1703.06613] Solving Systems of Linear Equations with a Superconducting Quantum Processor，據稱要發PRL；3已經發了Nature Photonics https://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2017.63.html 簡單說一下後面兩篇文章吧。

Solving Systems of Linear Equations with a Superconducting Quantum Processor

這篇大意是，他們做了一個4超導量子比特的系統，用它解了一個2*2的線性方程組 $Ax=b$ 。用的是HHL演算法，將O(N)的時間複雜度提升到O(log N)。

The device was fabricated on the sapphire substrate in three steps following the procedure outlined previously [13]: (1) deposit the aluminum film on the degassed substrate; (2) define circuit wirings using wet-etch; (3) double-angle evaporate the Al/AlOx/Al Josephson junctions.

樣品做在藍寶石襯底上，大致流程是三步：1. 鍍了一層鋁；2. 濕法刻蝕刻出迴路；3. 原位氧化做Al/AlOx/Al的約瑟夫森結。

大致結構如圖，從左至右分別為Q1~Q4。

At the above-listed frequencies, the qubit lifetimes T1s are measured to be around 15.9, 7.4, 7.8, and 14.1 μs, and the Gaussian dephasing times [28] T ? 2 s are around 8.7, 2.3, 5.2, and 3.4 μs.

把量子比特的壽命做到了超過退相干時間，也就是可以用了。

The HHL algorithm aims to solve a system of linear equations A~x = ~b for ~x, given the N×N Hermitian matrix A and the input vector ~b. The process involves three subsets of qubits: a single ancilla qubit, a register of k qubits used to store the eigenvalues of A to a binary precision of k bits, and a memory of O (log(N)) qubits used to load ~b and also store the output ~x.

系統需要三個qubits的子集：1個輔助位a，k個位r存 $A$ 的本徵值（即矩陣 $A$ 的維度，本實驗中為2），還有1個存儲位m存 $b$ 和算得的 $x$ 。

演算法大意如下：

首先將系統初始化為(a,r,m)=(0,0,b)
將b按本徵矢分解b=Σβj·uj；對應本徵值為λj，將其映射(map)入r位，則系統的波函數變為Σβj·(0,λj,uj)
對a位做旋轉，將系統態矢變為

做映射的逆操作，將r位清零，得到

這個時候對a位的1態做內積，在m位中即有

（此處吐槽知乎的公式編輯器及圖片上傳機制10086遍= =）

這是他們的測量線路，具體不細說了，實現的就是上面那個演算法。總共用了15個gate來操作。

他們的矩陣A選擇是{{1.5,0.5},{0.5,1.5}}，針對這個特殊矩陣做的實驗線路優化。

實驗結果展示在這裡，為了測試結果，他們選了18個b，都是Bloch Sphere上的單位矢量。最終給出的Fidelity是0.837±0.006。

High-efficiency multiphoton boson sampling

這篇還沒來得及細看，summary裡面說的是實現了3/4/5光子的玻色採樣，比原先的實驗快了24000倍。

但是請注意！這不是量子計算機！這是量子模擬機！只是能夠用來演示量子計算對傳統計算的優越性（即所謂量子霸權）！不要再看無良媒體的震驚標題了！！！

原文如下：

Boson sampling is considered as a strong candidate to demonstrate 『quantum computational supremacy』 over classical computers.

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最後容我吐槽一句，潘建偉老師真是太喜歡開發布會了吧......

新聞有些標題黨了，諸君莫要捧殺。

「潘建偉說，這是歷史上第一台超越早期經典計算機的基於單光子的量子模擬機，為最終實現超越經典計算能力的量子計算奠定了基礎。」

大潘神明明說發布的是量子【模擬機】，並沒有說是量子計算機。

當然這個工作的意義還是很大的，潘神認為這實現了量子計算的第一步，是很重要的一步。

感興趣的吃瓜群眾可以移步至知識分子公眾號剛發的對潘建偉、陸朝陽的專訪中了解一下。

http://mp.weixin.qq.com/s/p-o7p5mlp2pnmQzR2OHi8w

我簡單說一下

量子計算機有很多種實現方式, 在中科大及中科院之聲微信號的報道里, 同時提了光量子計算機和超導量子計算機的成果, 很容易讓人混淆.

首先解釋一下Quantum Supremacy這個詞, 一般譯為"量子霸權", 也有人覺得譯為"量子優越性"更準確一點.

Quantum Supremacy指的是對於某些問題, 量子演算法的效率遠遠優於經典演算法 (比如對於某些問題, 其經典演算法是指數複雜度, 量子演算法是多項式複雜度), 所以如果造出了足夠多比特數的量子計算機, 它解決這些問題的速度要快於經典計算機. 如果能實現比最快的經典計算機都快, 那麼就稱作實現了Quantum Supremacy.

注意這裡面的量子計算機不一定是通用(universal)量子計算機, 可以是只能計算特定問題的量子計算機.

那麼關於中科大量子計算機的報道具體說了哪些成果呢?

第一個成果是, 是對於Boson Sampling這個特定問題 (對於該問題量子演算法指數級優於經典演算法), 中科大做出了一台專門計算Boson Sampling的光量子計算機, 計算了3, 4, 5光子的Boson Sampling問題, 其計算速度比早期經典計算機要快.

第二個成果是, 中科大和浙大的團隊實現了10個超導量子比特的糾纏.

第三個成果是, 中科大和浙大的團隊在4個超導量子比特上運行了一個解線性方程組的量子演算法.

個人認為第一個成果科研意義很大, 但實際應用的意義可能不大, 因為通過光子實現通用量子計算機的前景似乎不如超導系統或離子阱系統好.

第二和第三個成果意義很大, 第二個成果應該是已公開的超導量子系統中實現的最多比特數的糾纏. 因此中科大與浙大的這個聯合團隊在世界超導量子計算領域裡起碼是進入了第一集團.

但現在該領域最領先的Google團隊的目標是49比特的超導計算機, 甚至放出消息說可能在17年年底實現. 所以中國團隊只是暫時領先. Google要實現49比特的原因是, 該量子計算機在解決特定的量子模擬問題上, 可以超過現在世界上最快的經典計算機, 真正意義上實現Quantum Supremacy.

三個不同領域的工作，都是漂亮的研究。國內的媒體和宣傳還是不夠專業，過度的吹捧結果，有些地方甚至是錯誤的。可以引起很好的自豪感，也能讓大家更關注量子計算和量子信息的研究。但這種過度解讀又缺乏基本知識介紹和科普的做法，我覺得長期來看可能不是有效的。說完這個，來說說研究本身的看法。

其中一篇是做boson sampling的。boson sampling的目的就是一個，要證明經典計算機在量子計算面前很多問題是無能為力的，無能為力的意思就是有限的資源條件下，經典計算機無法解決的計算問題量子計算可以輕鬆解決。這是量子信息和計算學家想出來的一種非常特殊的計算任務。這個計算任務不是通用量子計算機，因此，如果實現，雖然很有象徵意義，但目前看不到實際應用。潘院士的nature photonics文章做的就是boson sampling。他們組實現了高質量的單光子源，並且取得了三四五光子的boson sampling高速取樣。這為以後證明量子計算在boson sampling上的優勢奠定基礎，可以等著他們接下來證明quantum supermacy，當然只是在這個特別問題上的supermacy。

第二篇是做了一個10qubit的量子線路，實現了量子糾纏並且可以進行並行操作。這篇所用的是超導量子比特。這篇做的東西當然是量子通用計算機的基礎技術，量子計算需要大量的操作qubit，而要實用，很多情況下需要很高的probe fidelity rate和糾錯能力。這篇實現了目前最大量的quibit量子糾纏和操作——十個。前面的記錄是UCSB在2016年實現的九個。但區別是UCSB的那個設計要可靠的多。fidelity rate超過99%（被認為是實用的最低限度），有QEC（量子糾錯）能力。相比之下，這個中國的設計在qubit數量上有了優勢，但沒有fidelity做基礎，應用性就要打折扣。

第三篇是浙大的組實現了一個量子演算法HHL。他們用了四qubit的量子處理器去做驗證。他們的fidelity是88%，比較接近實用性，但還沒有。意義在於，他們真的用多qubit處理器去實現了一個量子演算法。不足之處還是糾錯和fidelity上，讓人不能放心的去擴展。

比較讓人欣喜的是國內多個組開始接近量子計算硬體設計上前沿。因為我不是專業人士，不能預計他們所用的技術是不是可以在將來比較容易的擴展和進步。但從它們的圖來看，目前不樂觀，比如fidelity rate和qubit數量上的關係。到10qubit時，只有66％，也就是隨著qubit數量的增多，fedility明顯下降。這方面是比較基本和重要的工作，還得加油。

而目前的世界前沿是什麼呢？個人認為UCSB的john martinis和google quantum AI lab合作的工作可能還是走在前面。他們已經在學術會議上間接透露過，今年他們就會有20qubit的處理器出來，當然按照他們的習慣，這20qubit是高fidelity的，可以做應用的。事實上，google已經在做軟硬體，準備和ibm一樣提供雲量子計算。用戶可以用他們的處理器做相應的任務。明年他們就準備實現49qubit的處理器——也就是說很可能實現quantum supermacy。因為這是通用量子處理器，這種量子supermacy是有實用價值的，在許多領域比如優化，量子系統模擬，還有人工智慧上有極大的應用可能。這種突破會是真正的革命性的。因為這種處理器可以在很多計算任務上比中國神威更快而且耗能少。另外一個號稱的突破也值得注意，就是英國的一個大學國家隊，他們提出了一個量子計算機製造的藍圖。之前說的其實都只是量子處理器，還不是完整的量子計算機。這批人現在和谷歌合作，如果他們號稱的東西是真的，那麼只要把UCSB的處理器做好，就可以實現大規模的scale up。那麼這樣的突破就比簡單的實現一個49qubit處理器更有意義。但目前現在還沒有具體的信息可以判斷他們畫的餅是不是現實。

總體來說，這個領域其實還是處於比較早期，但已經在突破和實用的黎明前期。紮實和創造性的工作都是需要的。不清楚我們國家在這個方面的投入和規劃是什麼樣的。前面有人說潘院士做為大領頭人是個好事情。我有點不同看法。主要不是懷疑潘院士個人能力，而是從系統來講，科研需要獨立和多樣性的思考，尤其這種比較早期，未來也不是很確定的情況下。如果有一個組被有系統性的做大，作為整個領域的失敗風險是挺大的。基礎研究還得是多點開花，相互競爭，才可以最有效率的推進和取得革命性的突破。這是我的個人看法。

謝眾人邀，看來小弟不答不行，即使這不是我的專長。

這成果在科研上是個不錯的成果，把十個solid-state qubits放在一起計算而且把環境的干擾進一步減低，也展現了量子計算做到的一些經典計算做不夠好的東西。

有很多相似的問題如什麽「中國建了世界第一台量子計算機」之類的句子，先要說說：第一台量子計算機在1999年於美國建成了的；現在加拿大也有建絕熱量子計算機，而且已經用在商業中（雖然這和傳統的量子計算機不一樣）；怎樣說，這不是世界第一台量子計算機，而他們的工作也不是在突顯這一點。

其中一個後果就是很多並不做此領域也不懂的人，在朋友圈開始刷屏~ 不過辯證的看也是好事，基礎研究受到公眾關注。。。

看到潘院士的大新聞後把趕緊論文下載下來觀摩了一下。技術細節實在看不懂，所以只能是外行看看熱鬧吧。

論文最重要也是最好理解的一個點就是題目中的High-efficiency一詞。從摘要中可以看出，該技術將sampling效率提高了4個量級，從而超過了第一代經典計算機（ENIAC）的效率。這是一個里程碑式的成就。儘管計算能力還很弱，但在可預見的將來，此類突破應當會接踵而至，從而以類似於摩爾定律的形式迅速提高量子計算機的效率，最終超過發展趨於停滯的經典計算機，使得量子計算機佔據霸權地位（supremacy）。

幼時科幻小說中的量子計算機，沒想到已經要觸手可及了。經典計算機自二戰時期發明，到WINDOWS時代普及，耗時約半個世紀。我有幸能見證量子計算機的誕生，但願能目睹量子計算機的民用化。

論文鏈接：Nature Photonics

沒買資料庫的同志們，快上sci-hub的船吧 Загрузка статьи，removing barriers in the way of science

幾十年的技術投資井噴式的回報終於來了

科學技術的發展從來都是需要大把的資金支持，別人砸錢搞研究的時候咱們沒錢，所以前幾十年技術落後，被罵「教育的失敗」，事實證明中國的教育很成功，創新也需要資金，有了大把的科研經費，咱們的創新能力也不比外國人差。

未來這種高科技創新在中國會越來越多

至於有多牛，我不懂╮(￣⊿￣")╭反正很牛

看到這個帖子，我開始以為。。。

又是媒體搞了一個大新聞。。。

後來一看中科院和科大官方也在發消息。。。

這不對勁啊。。。

那肯定是某個專用演算法加速吧

我又跑去問了問summer兄

summer說這個真的是通用量子計算機。。。。

我就。。。握草了

這是要青史留名的大事件，就算過了一兩千年也會有人記得中國中科大潘建偉搞出來第一個超越最早電子計算機的量子計算機

作為肥科畢業生簡直與有榮焉

我覺得吧，第一是我們合肥科技大學重回中國top3有望，就等著量子計算機這波和可控核聚變這波。雖然早晚成為中國物理大學。。。

第二是，我真的得開始學量子信息了，要不然三十歲估計會被世界淘汰。。。

第三是，有生之年，是真的可以見到超越電子計算機的量子計算機了

第四是，經常有人說中國晶元不行要如何如何超越，在我看來電子晶元由於生態環境等多方面原因，中國製造想超越wintel太難了。但是何必呢？新時代就要來了。。。

第五，我們系的同學們和師兄們要上歷史書了我還是個頹逼捂臉。。。

我又參考了多方意見，看起來這次的研究應該是在圈內看了是不錯的研究，在圈外看來是重磅新聞那種吧。不過報道里寫的也都是實話，搞科學的適當做做宣傳也挺好的。。。對資金，未來人員的引進各方面都有好處

畢竟蘋果裝倆攝像頭都是黑科技，小米用個大面板也是黑科技，搞量子計算機搞出來不錯的突破也當然是「黑科技」了嘛。相對於兩個攝像頭這種黑科技這也是名副其實多了。

圈外不像圈內時時跟進展，圈外看圈內的技術進步都是大躍進式的跳來跳去，因為只有大新聞圈外才會關注的到。所以沒必要過度批判這一點。

量子計算我一點都不懂。為了避免錯誤信息誤導觀眾。請大家謹慎點贊

貼一下自己另外一個問題的答案

https://www.zhihu.com/question/59318677/answer/164086774

不是專業人士，僅是一個微微了解一點點的外行。樓上有翻論文扣細節的，也有不看新聞一頓噴的。我想換個角度說說這個問題（預定一波跑題）。

我不想評價中國科學家最近在量子計算領域取得的一系列突破，我想評價一下這一些全民評價量子計算這個事件。雖然不好說中國到底是在這個領域領先或者落後了多少年（不過貌似國內量子領域整體都是在比較前沿的位置，特別是量子通信？）但是自從「中國研究出10bit量子計算機」這個新聞出現開始，無論是知乎上，還是別的社交平台上，都有人開始討論這件事情。先是有人說什麼有生之年，中國居然搞出了量子計算機。然後有人出來聲明，google什麼的早就搞了，中國之不是技術的更新。再到有專業一點的人士出來科普量子計算機相關的知識和進展。不得不說，這一切背後確實讓大家提高了量子計算機的相關知識不是么。記得許多年前，dwave one以量子模擬退火機的身份登場，許多人還不知道量子計算是什麼，到現在，行內人行外人行外人，懂的和不懂的在知乎上交（si）流（bi），想想真是進步不小呢。

（祖宗級別的dwave one，不過這玩意兒真的就是個模擬退火演算法，不算正經量子計算機）

想一下一年多前，橫空殺出個alphago（我靠都一年了，我咋感覺和今年年初似的）。新聞什麼的鋪天蓋地的報道，但是先導知識也鋪的很到位，很快的讓大家接受了--人工智慧在圍棋領域很難戰勝人類這個設定。所以什麼「人類怎麼可能幹的過電腦」之類的評論就很少出現了。大家愉愉快快的一起看直播，心中緊張卻又有點小激動的見證這「歷史性」的時刻。alphago的成功從某種意義上說是一個必然的結果，是科技發展終將經歷的一個轉折點。但是在這個轉折點，同時還伴隨著公眾科學素養的變化。當然有人要說了，什麼科學素養，還有人在擔心alphago會不會入侵地球呢，這叫科學素養么。但不得不承認，人們開始意識到了，身邊的世界正在經歷著一些不大不小的變化，也許因為這麼一個事件，有的人也會轉來AI這個領域呢。

Deepmind首席軟體工程測試師，李世乭（滑稽臉）

科技以人為本，無論什麼領域的進展終究還是要服務於人類的。讓民眾跟隨科技發展的腳步，又有什麼不好呢。中科院進來比較注重科研成功向民眾公開，並進行一定程度的科普。畢竟有一些東西不是那麼直觀。不像探月什麼的上去就是上去了，很直觀，不怎麼需要刻意宣傳大家也很重視（雖然其實宣傳的不少）。科普這種東西，不是說必須印到課本里才算是全民都熟知的知識。科普就應該跟隨時代的進步嘛。像轉基因，且不說轉基因到底有沒有危害，危害有多嚴重，但是在轉基因上面民眾的誤解是非常非常多的。這裡不點名批評某著名主持人，在誤導大眾的路上取得的豐功偉績。誠然，有些事情不能太絕對，但是在轉基因這件事情上，公眾喪失了對科研人員最起碼的尊

重，變得非常的不理智。很多時候是為了撕逼而撕逼，我就說你是有毒的，就說你是摧殘民眾。什麼你要解釋？我不聽我不聽。（社會群體性的被害迫妄想症？）其實轉基因取得關鍵發展的那些年裡，民眾並不了解這些事情，自然會有很多不信任。

其實不光新型科技，一些已經比較成熟的領域也有很多問題。我是學生物醫學工程的（對我真的不是學計算機的），其實就我們日常接觸的CT和MRI（核磁共振）就有非常非常多的誤解。都不用說普通民眾了，很多醫生居然不知道核磁共振是沒有輻射的！！

這裡單獨說明一下，MRI的成像原理是核磁共振，指的是原子核級別的磁共振現象。一沒有x射線的電離輻射，更沒有什麼電磁輻射（電磁輻射是電磁波好吧，不一回事情了）。感興趣的可以wiki一下。要說完全沒有危害吧，有點片面了。唯一一點就是那麼大磁場人進去就是個切割磁感線，如果磁場強度太大，還是會有神奇的現象的（其實就是產生了生物電），比如腿抽一下2333，但是現在常用的磁場還沒怎麼有這種情況。另外MRI有些人是沒法做的，比如有心臟起搏器等植入物的患者，具體為什麼。。你們懂

所以科普是什麼？民眾的科學素養又是什麼。並不是說每個人都要成為量子物理學家，成為計算機專家或者什麼專家，甚至不需要知道最基本的測不準原理是什麼。他們只需要知道對科學本身的「善惡」有基本正確的看法，大概了解哪些技術真的可以給我們帶來革命，哪些技術又可能存在什麼樣的弊端。同時能夠給科研環境一個基本的尊重，如果能給出一些鼓勵就更好。換句話說，民眾不需要知道原理都是什麼，只需要知道他們該怎麼用就好了。好的科普能像商業廣告一樣，扣人心弦，也能讓人安心的接受一些新奇的嘗試，感受科技給我們帶來的生活質量的變化。而不是認為一些研究是毫無意義的，是勞民傷財。就像當時fast問世，我聽到最多的聲音就是，這玩意兒有啥用，還不如救濟下貧苦山區（拜託聖母們，建個fast的錢都不夠把它周圍的山區改造成像樣的鎮子的好吧）

不過反過來啊，這也說明公眾注意到fast的存在了，也是好事兒吧，08年lamost（之前口誤了連說了兩次fast噗噗）建好的時候也沒人吐槽啊，也許是大家重點當時都在奧運會吧。

總之，作為中國社會分子的一員，無論中國科學家取得什麼樣的突破，無論是領先還是落後，我都很欣慰。我也很欣慰能看到大家在關注這些事情。真的這幾天看到朋友圈有人發「中國建成世界第一台量子計算機」之類的新聞，我不怪他們沒搞清楚這不是第一台，我反而非常慶幸，大家能夠看到中國、世界的科技，在成長（總比什麼男默女淚，10個醫生不會告訴你的真相強）。最近也有一些同學、親戚問我，中國這個新的突破有什麼意義，我一般都會給他們貼幾個鏈接（肯定有我大知乎的鏈接啦），我怕我說不清楚說不明白，但我很慶幸他們居然會問這些，就像美國國家地理《Live Curious》那個廣告一樣，If you ask，you think。而在科研領域中的大家，如果有能力，就盡自己所能去讓更多人 Use and feel. Then ask and think。

Whatever，在這洪流中，歷史的車輪不會倒退。（徹底跑偏了23333）

上述純屬瞎談，覺得無聊就pass，如果覺得還在理的話，那就與君共勉。

嗯，這還不是真正的量子計算機，但我們已經前進了一大步。

這個微博稿子真是zz，超越晶體管的明明是光子線路關於玻色採樣問題的結果呀QAQ

P.S.這兩個成果真的非常棒！用圈子裡面的話來說，可能可以先達到量子霸權（quantum supremacy）

其實我是來關心超導環的磁通量量子化的。很多研究還沒有把注意力放在h/e份額的磁通量周期上面。希望量子計算機的研究能利用這一獨特特點。超導的磁通量量子化和分數量子霍爾效應測量迴路的磁通量量子化是原理一致結果一致的。

啥意思？

建議把代表一個Bit的超導環路做成真的就只有一個超導電子（BCS理論楞要說最少兩個，那我沒辦法）存在的超導環。為這個超導環施加外部磁場，就像磁通量量子化實驗所做的那樣，有趣的現象是超導環從零開始的第一個階梯磁通量周期是h/2e，第二個及以上階梯的磁通量周期全是h/e。

做不到精確的一個超導電子怎麼辦？也好辦，總之能得到只有N個超導電子的超導環。在從零開始到第N個階梯的磁通量周期是h/2e，再往上磁通量周期全是h/e。

怎麼利用這個優勢，才是請專家開動腦筋的課題。比如：如此設計的「磁通位」有著天然的奇數含義，永不偶數。

我突然發現在我朋友圈給我轉發的這條新聞點贊的都是985高校的本科生

這裡也答一個吧

先說boson sampling 這個事情目前看象徵意義多於實用意義就算能做到40個光子超越超級計算機的能力但是並沒有什麼卵用因為大家根本沒有找到對應波色採樣數學模型的實際問題況且要做到40個光子現有技術根本不可行

再說超導系統 10qubit那文章我大概看了下國內能做到這個水平還是不錯了但是保真度離谷歌還有一定距離主要是10qubit需要20套控制系統不同系統之間時序控制要非常精確這些東西並不是搞物理的人擅長的

另外這個實驗好像是在浙大做的吧不太清楚潘和陸在這個實驗裡面起了什麼作用

總結一句潘老闆用波色採樣吸引了大眾的眼球用超導10比特堵住了老專家的嘴雖然這個實驗可能和他沒有一毛錢關係

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