我室学者在光学量子计算领域取得系列重要进展

       最近，来自中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室的潘建伟教授和他的同事杨涛、陆朝阳等在刚刚出版的美国权威物理学期刊《物理评论快报》上发表论文，在国际上首次利用光量子计算机实现了Shor量子分解算法。这一成果标志着我国的光学量子计算研究达到了国际领先的水平。

　　量子分解算法是在1995年由美国科学家Peter Shor提出来的，是量子计算领域至今最为著名的算法。这个算法利用量子计算的并行性，可以快速分解出大数的质因子，使得量子计算机将能够破解目前广泛使用的密码如RSA公钥加密系统，严重威胁到银行、网络和电子商务等的信息安全。因此，Shor算法的提出迅速掀起了世界各国对量子计算研究的巨大热情和大量资金投入，对现代经济、尤其是国家安全有着极其广泛和深远的影响。

　　Shor算法在量子计算机上的实验实现一直是国际公认的难题。在2001年，美国IBM公司和斯坦福大学合作利用核磁共振技术演示了分解15的实验。但是，由于核磁共振的固有缺陷，他们的实验不能显示该算法的量子本性，也无法扩展到更多比特，限制了其进一步的应用。

　　为了实现真正具有量子特性的Shor算法，潘建伟小组选择光子比特这样一种抗退相干能力强、单比特操纵精确的物理体系，系统地发展了一套国际领先的多光子相干操纵和纠缠态制备的实验技术。通过艰苦的方案设计和实验摸索，潘建伟等与英国牛津大学同事合作，在国际上首次用光子比特，也是首次用真正的纯态量子系统，实验演示了关键性的Shor算法，实现了15=3×5这一质因子分解，并且确认了量子计算中多体纯纠缠的存在，验证了量子加速的根源问题。

　　潘建伟等的这一工作获得了国际学术界的广泛关注和认可。麻省理工学院教授Seth Lloyd评价该实验是“迈向光学量子计算的必要一步”。美国物理学会以“量子计算的重大突破”为题发布新闻稿，称赞“这一富有创造性的工作将有助于进一步应用于物理化学建模和超快搜索”。英国科技新闻杂志《新科学家》以“量子计算威胁我们的机密数据”为题对实验做了长篇报道，称：“出现能运行Shor算法的量子计算机具有极为深远的意义：这意味着未来量子计算将能够轻松的破解我们银行帐号，商业和电子商务数据使用的密码。”此外，美国的《科学新闻》、德国的《创新报导》等其它多家科学期刊和网站也纷纷报道了该工作。

　　“分解15是一个非常简单的数学问题，但是，我们在光学量子计算机上第一次实现这个事情还是很有意义的。”潘建伟说，“尽管现在的量子计算机还显得非常的粗糙幼稚，就像是一个蹒跚学步的婴儿。然而，一旦发展成熟，它的计算能力将超越所有的经典计算机。”潘建伟教授这样告诉我们。

　　据悉，为了提高我国在量子信息这一高新领域的自主创新能力，潘建伟小组在中国科学院、科技部“973”项目和“量子调控”重大科学研究计划、国家自然科学基金委等经费支持下，围绕“光学量子计算的物理实现”这一核心课题，耕耘多年，取得了一系列骄人的成果。在今年年初，潘建伟小组在《自然·物理》上发表论文，成功制备了国际上纠缠光子数最多的“薛定谔猫”态和单向量子计算机，刷新了光子纠缠和量子计算领域的两项世界记录，成果被欧洲物理学会和《自然》杂志等广泛报道。在四月份，该小组提出并实验实现不需要纠缠辅助的新型光学控制非门，减少了量子网络电路的资源消耗。九月，该小组利用光子“超纠缠簇态”演示了单向量子计算的物理过程，实现了量子搜索算法，论文也发表在《物理评论快报》上。

　　这一系列高质量的工作已经获得了国际学术界的广泛关注和认可。2007年3月，潘建伟教授应邀和美国UIUC大学教授P. Kwiat，NIST教授D. Wineland，维也纳大学教授A. Zeilinger一起在美国物理年会新闻发布会上介绍了量子信息的最新进展。潘建伟教授还应邀在美国《光学和光子新闻》刊物上撰写了关于光学量子计算最新进展的综述文章。特别引人注目的是，11月16号出版的英国《新科学家》杂志在“中国崛起”的专栏中，以“量子比特的操纵能手”为题专门介绍了该小组在量子计算领域取得的一系列成就。


原文发表于2007年12月19日