量子计算发展简史
本报记者 严粒粒 整理
从20世纪初量子力学的创立,到近十年硬件的爆发式突破,量子计算已经走过了一条跨越百余年的漫长道路。
1900年,德国物理学家马克斯·普朗克提出了一个假设:能量的吸收和释放不是连续的,而是以最小的“能量子”为单位进行的。这个假设打开了通往微观世界的大门。随后,爱因斯坦、玻尔、德布罗意、薛定谔、海森堡、狄拉克等一批科学巨匠相继构建了量子力学的理论大厦。
1980年,美国阿贡国家实验室的保罗·贝尼奥夫发表了一篇论文,描述了图灵机或经典计算机的量子力学哈密顿量模型,首次证明了量子计算的可行性。
1981年,当时就职于加州理工学院的理查德·费曼在题为《利用计算机模拟物理学》的报告中指出,量子计算机有可能模拟出经典计算机无法模拟的物理现象。
1985年,牛津大学的大卫·多伊奇提出了量子图灵机的概念,为量子计算建立了普适的理论模型。他还设计了第一个量子算法——Deutsch算法。
1994年,贝尔实验室的彼得·秀尔提出了震惊世界的秀尔算法——能够在多项式时间内完成大整数的质因数分解。这意味着量子计算机一旦实现,将对现代密码学产生巨大冲击,也进一步激发了全球科学家对量子计算机研究的热情。
1998年,美国加州理工学院的研究团队首次实现了2个量子比特的量子门操作。这是量子计算机发展史上的一个重要里程碑,证明了构建量子计算机的可行性。
1999年,加拿大物理学家乔迪·罗斯创立了D-Wave。这是世界上第一家量子计算公司。
2001年,IBM的研究人员使用核磁共振技术,成功实现了 7 个量子比特的量子计算机,并利用秀尔算法对数字 15 进行了因式分解,这是量子计算机首次完成具有实际意义的计算任务。
2007年,D-Wave推出了16个量子比特的量子退火模拟机,这是量子计算机第一次从实验室走进现实。
2011年,加拿大D-Wave公司推出全球首台商用量子计算机。
2016年,IBM公布全球首个量子计算在线平台。这一平台搭载5个量子比特的量子处理器,可供全世界用户使用。
2019年,IBM发布了第一台独立的量子计算机。
同年,谷歌的量子计算机用了大约200秒的时间,完成了一项当时最强的超级计算机需1万年才能完成的特定任务。这是量子计算发展史上,量子计算机第一次在特定问题上超越了所有经典计算机。消息传来,全球舆论沸腾。《经济学人》称之为“量子卫星时刻”。
2020年,中国科学技术大学发布76个光子的量子计算原型机“九章”。
2021年,中国科学技术大学发布62量子比特超导量子计算原型机“祖冲之号”。
2025年,“祖冲之三号”超导量子计算原型机正式发布,其处理“量子随机线路采样”问题的速度打破超导体系量子计算优越性世界纪录。
2026年,中国科学技术大学团队再次取得重大突破——成功研制出可编程量子计算原型机“九章四号”,首次操纵和探测高达3050个光子的量子态。
(本报记者 严粒粒 整理)