九章量子計算機能讓中國計算機彎道超車嗎?

2020-12-14 donews

前不久，中國科學技術大學宣布該校潘建偉等人成功構建76個光子的量子計算原型機「九章」。同天，國際學術期刊《科學》發表了該成果，審稿人評價這是「一個最先進的實驗」「一個重大成就」。

九章開發團隊聲稱當求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣時，「九章」需200秒，而目前世界最快的超級計算機「富嶽」需6億年;當求解100億個樣本時，九章需10小時，而富嶽需1200億年等效來看，「九章」的計算速度比「懸鈴木」快100億倍，並彌補了「懸鈴木」依賴樣本數量的技術漏洞 。

此消息一出，立即引發一片媒體熱潮，似乎可以超越電子計算機的量子計算機指日可待了。還有問九章能不能挖比特幣的。

事實果真如此嗎？我們來看一下。

1200億年是算的什麼東西?

這次九章開發團隊宣傳使用的計算是高斯玻色取樣，100億樣本的時候，這個東西用世界第一超算富嶽算要1200億年而九章只要10個小時，這個數據把量子計算機推上神壇。

而實際上，這個高斯玻色取樣電子計算機和量子計算機計算方式是不同的。

電子計算機計算高斯玻色取樣是用算法計算出來的，而量子計算機計算其實是一種蒙特卡洛模擬，如果電子計算機用軟體做這種模擬，速度也是遠遠快於數值計算的。

這個計算因為比較適合量子計算機模擬，所以被研究量子計算機的人找出來作為量子計算機宣傳的一個標準。

這個就好像，你用現在3D技術去做光線追蹤，需要很高的計算能力才能做到。而你用照片拍攝，裡面的光線就是真實的。你只要不斷提高光線追蹤準確性的要求，對3D計算能力的要求就是沒有上限的，光線無限可分，解析度無限可分嘛。

所以，這個計算缺乏實際用途，只是一個驗證量子計算機可能性的東西。

「九章「真正的意義在哪裡?

量子計算機的理論計算能力確實是遠超電子計算機的，但是要實現真正的量子計算機，大約需要控制百萬級別的量子，才能搞出來類似於電子計算機一個電晶體的功能，而電子計算機電晶體技術發明是40年代的事情。

那麼，「九章「是什麼水平呢?

「九章「的目標是能控制100個量子，實際控制了76個，而谷歌的「懸鈴木」只控制了53個。

雖然兩者實現的方式完全不同，做的運算完全不同，但是控制量子的數量是可以比較的。

就是說，在向真正量子計算機發展的道路上，中國向前邁進了一步，雖然這一步距離真正可用的量子計算機還很遠。

人類距離量子計算機還有多遠?

目前，谷歌的技術路線，要求接近絕對零度的低溫，而中國的技術路線，對一些設備精度的要求是極限級別的。再進一步都非常困難。

但是，量子計算機已經表現出在一些專用計算中的巨大潛力。只要找到一個量子計算模擬與真實需求的結合點，量子計算機在控制百萬量子之前，就可以具有實用性。

谷歌的Craig Gidney和瑞典斯德哥爾摩KTH皇家理工學院的Martin Ekera研究過，量子計算機如果達到2000個量子位來計算，就可以在八個小時內破解2048位RSA密碼。而超級計算機破解需要用80年。

在製藥、材料等方面，量子計算機也有可能提供有用的計算能力。

所以，儘管量子計算機替代電子計算機還非常遙遠，但是一些量子計算應用於特定計算已經看到了曙光。幾十年內就可能有一些專用的量子計算機，計算某個有用的特定計算，性能遠遠超過電子計算機。

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