目前量子技術領域有兩大研究方向,分別是量子通信和量子計算。總所周知,我國在量子通訊技術方面已經遙遙領先世界。早在2016年我國便發射了全球首顆量子通訊試驗衛星「墨子」號,而在2017年進行了世界首次量子保密通信,同年建成了世界首條「絕對安全通信」的保密通信幹線「京滬幹線」。在量子通信方面我國已經是一騎絕塵。而在量子計算機方面之前我國還處於追趕歐美的階段,然而如今我國終於在該領域實現了反超,將對手甩開。
根據中國科技大學的消息,我國構建了全球首個76個光子的量子計算機原型機,並將其命名為「九章」。實現了具有實用前景的「高斯玻色取樣」任務的快速求解。在量子計算機領域這究竟意味著多大的成就?
就在去年,谷歌曾經宣布自己的量子計算機取得了量子霸權,該計算機用三分二十秒完成的一項計算,而這個計算用當時全球最強大的超級計算機,則需要花上1萬年的時間。根據當時谷歌發布的論文顯示,在硬體方面,谷歌使用的是超導電路系統,將54個物理比特排成陣列。但當時這一消息卻引起了業界的懷疑,畢竟實現量子霸權還需要更強大的量子晶片,並且由於量子計算的特點,還需要對結果進行錯誤抑制,外界普遍認為谷歌如此倉促地宣布實現「量子霸權」不夠嚴謹,沒過多久谷歌便下架了這篇論文。
根據現有的理論,我國的「九章」量子計算機原型機處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級計算機快一百萬億倍。「九章」一分鐘完成的任務,現有的超級計算需要一億年時間才能完成,等效的,其速度比谷歌去年發布的53個超導比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍。這一成果使得我國成功達到了量子計算研究的第一個裡程碑:量子計算優越性。也因此國外稱我們掌握了「量子霸權」。
何為量子霸權?量子霸權更為準確的說法應該是量子優勢。也就是在未來的某個時刻,功能強大的量子計算機可以輕鬆完成經典計算機幾乎不可能完成的任務。比如量子計算機可以輕鬆破解出原本需要超級計算機上萬年才能破解的密碼、實現通用人工智慧、快速模擬分子模型等。
對於此次我國巨大的突破,德國馬克斯·普朗克量子光學研究所表示,「這是一個巨大的技術突破,遠超其他高斯玻色採樣實驗。」值得一提的是,就在今年六月份,日本的超級計算機「富嶽」終於拿到了世界第一的成績,此前在超級計算機領域一直是中國和美國的競爭舞臺。而此次日本超級計算機反超中美並且以優勢較大超過我國這一事件,被日本媒體爭相追捧,各種貶低打壓我國超算的消息層出不窮。然而日本的超算才剛剛登頂不到五個月,我國就給它來了一個大耳光。
根據目前最優的經典算法,「九章」對於處理高斯玻色取樣的速度比目前世界排名第一的超級計算機「富嶽」快一百萬億倍。有熱心網友貼心地計算了一下,我國量子計算機200秒完成的計算,日本的超級計算機算完需要25億年。
此次我國將這個量子計算機命名為「九章」,就是為了紀念我國古代最早的數學專著《九章算術》。讓世界感受到中華民族五千多年的文明底蘊。「九章」的成果牢固確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位,為未來實現可解決具有重大實用價值問題的規模化量子模擬機奠定了技術基礎。此外,基於「九章號」量子計算原型機的高斯玻色取樣算法在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用,將是後續發展的重要方向。嫦娥五號登月,天問號訪火星,我國的科技革命已經爆發。