时代呼唤创新
科技引领变革
2022年11月20日
《探臻科技评论》
“清华青年最关注的
改变未来十大变革科技”
榜单正式发布！
下文将按照时间顺序带您回顾上榜科技——“量子计算”的发展历程。
1976
量子信息论的提出
波兰物理学家罗曼·斯坦尼斯瓦夫·英伽登 (Roman Stanisław Ingarden) 发表题为《量子信息论》的开创性论文，表明香农信息论不能直接推广到量子情况。
1980
贝尼奥夫提出量子计算
美国阿贡国家实验室的贝尼奥夫（Paul Benioff）提出了图灵机的量子力学模型，标志着量子计算这一科学领域的诞生。
图源：视觉中国
1981
费曼正式提出量子模拟
1981年5月，美国物理学家费曼（Richard Phillips Feynman）在麻省理工学院举办的“第一届物理与计算会议”上提出用同样是量子系统的量子计算机模拟量子系统。之后，年他把会议中的观点写成论文“Simulating Physics with Computers”，发表在了期刊： International Journal of Theoretical Physics上。
1992
D-J算法的提出
David Deutsch 和 Richard Jozsa 提出了Deutsch–Jozsa算法，证明量子计算机能够比任何经典计算机更有效地执行一些定义明确的计算任务，开启了量子计算飞速发展的大幕。
图源：视觉中国
1994
Shor 算法的提出
1994年，美国科学家秀尔（Peter Williston Shor）提出用于分解大数质因子的量子算法，被称为Shor算法。该算法利用量子傅里叶变换，将此问题归约为求阶问题，即求一个小于被分解数N且与N互质的随机数a的阶。Shor算法不仅是一个真正意义上把NP问题化为P问题的算法，在计算机科学史上对回答“P与NP问题”具有重要意义，而且还充分展示了量子计算机的巨大潜力和关键战略地位，给RSA密钥体系敲响了警钟。自此，世界科技强国，尤其是美国开始重视量子计算的发展。
1996
Grover算法的提出
贝尔实验室的Lov Grover发明了Grover搜索算法（Quantum database search algorithm）。该算法被公认为继Shor算法后的第二大算法。
2004
首次展示五光子纠缠
中国科学技术大学潘建伟研究组首次实现了国际上长期以来公认的高难课题“五粒子纠缠态的制备与操纵”，并利用五光子纠缠源在实验上演示了一种更新颖的量子态隐形传输。该成果标志着我国在量子信息研究领域跃居国际领先水平。
2008
HHL算法的提出
MIT科学家Aram Harrow、Avinatan Hassidim 和Seth Lloyd联合设计了HHL算法，即线性方程组的量子算法，该算法旨在对给定线性方程组的解向量的标量测量结果，与经典算法相比实现了指数级的加速。
2010
第一个量子计算机商用系统
加拿大 D-Wave 系统公司发布了第一个量子计算机商用系统D-Wave One。它采用了量子退火技术，使用128量子比特，四倍于之前的Orion原型机。量子退火机这种非通用量子计算机走向商用，使通过量子计算盈利成为可能，增强了工业界对量子计算获得进一步发展的信心，为量子计算机产业化奠定基础。
图源：视觉中国
2014
实现远距离固态量子比特的
量子隐形传态
荷兰代尔夫特理工大学的科维理纳米科学研究所的物理学家们，实现远距离固态量子比特之间的无条件量子隐形传态，这被视为是迈向量子互联网的重要一步。
2016
全球首颗量子科学实验卫星
我国“墨子号”卫星顺利发射，作为全球首颗量子科学实验卫星，圆满完成量子密钥分发等三大科学目标，刷新了我国在量子通信领域研究的国际地位。
2017
实现地对卫星量子隐形传态
中国科学技术大学潘建伟院士的研究小组首次实现从地面观测站到低地球轨道卫星的纠缠光子发射，量子隐形传态实验通信距离达1400公里。
2019
第一台独立量子计算机
1月，IBM 发布了世界上第一台独立的量子计算机 IBM Q System One。
谷歌发布“悬铃木”
10月，谷歌设计、构建了包含53个可用量子比特的可编程超导量子处理器，命名为“悬铃木”。在随机线路采样这一特定任务上，“悬铃木”展现出超过世界上最先进超级计算机的能力，据此，谷歌率先宣布实现了“量子优越性”。
2020
光量子计算机“九章”问世
2020年末，中科大潘建伟、陆朝阳研究组构建了76个光子的量子计算原型机“九章”并利用它通过“高斯玻色采样”实验实现了光量子计算机的优越性，这是第二个经典计算机在特定任务上被量子计算机超越的实例。
2021
超导量子计算机
“祖冲之二号”问世
2021年，中科大潘建伟、朱晓波研究组在先前“祖冲之号”超导量子计算机的基础上，利用新开发的“祖冲之二号”重复谷歌量子AI团队的工作，实现了更强的量子优越性，使我国成为继美国之后第二个实现超导体系量子优越性的国家，同时也成为目前唯一实现光子、超导两种体系量子优越性的国家，巩固了我国在量子信息领域的领先地位。并且，此项工作有效地回应了学界对量子优越性的质疑，极大地鼓舞了人心。
实现量子纠错“完美编码”
中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、陈宇翱团队，清华大学马雄峰团队，以及牛津大学等机构的科学家们用超导量子比特，对五量子比特纠错码进行了实验探索，在超导量子系统上验证了用超导量子比特实现量子纠错码的可行性。
图源：视觉中国
实现量子中继器核心加速步骤
清华大学交叉信息研究院段路明研究组，首次在实验中实现了量子中继协议中的两个中继模块间的高效纠缠连接，展示了量子中继模块连接效率的规模化提升。这对于推动量子中继器实用化，进而实现量子通信落地具有重要的意义。
提出环境比特对双量子比特门
操作影响的实验解决方案
清华大学交叉信息研究院段路明利用可调耦合的多量子比特系统首次实验研究了环境比特对于交叉共振逻辑门（CR）的影响并提出了实验解决方案。该实验结果对未来大规模超导量子计算和模拟中比特频率和耦合强度等参数的设计与控制提供实验参考和解决方案。
2022
首次制备飞行微波光子的
多体“薛定谔猫”态
清华大学交叉信息研究院讲席教授段路明、副研究员张宏毅等研究组在微波量子信息处理领域取得进展，首次借助超导量子电路，成功制备相干态飞行微波光子的多体“薛定谔猫”态，使基于微波光子的量子网络和模块化量子计算成为可能。
发现量子计算可能对经典
对称密码形成致命威胁
清华大学、北京量子信息科学研究院龙桂鲁教授、王泽国博士、魏世杰博士和英国南安普顿大学Lajos Hanzo院士提出了一个对称密码算法的量子攻击方案，有可能对DES等对称加密算法形成致命威胁，从而影响对称密码算法在量子计算时代的安全性。
作者 | 《探臻科技评论》编辑团队
排版 | 张皓烨
审核 | 傅宇杰 陈星安 许鹤麟 程泽堃