量子計算機"九章"有多厲害 量子計算機器離實用還有多遠?

2020-12-09 川北在線網

川北在線核心提示：原標題：量子計算機九章有多厲害 量子計算機器離實用還有多遠? 量子計算機九章有多厲害? 中國科技大學的潘建偉，陸朝陽和其他人建造了一臺量子計算機器，擁有76個光子和100種模式。其高斯玻色取樣的處理速度比最快的超級計算機富嶽快100萬億倍。也就是說，超級計算機需

　　原標題：量子計算機"九章"有多厲害 　量子計算機器離實用還有多遠?

　　量子計算機"九章"有多厲害?

　　中國科技大學的潘建偉，陸朝陽和其他人建造了一臺量子計算機器，擁有76個光子和100種模式。其「高斯玻色取樣」的處理速度比最快的超級計算機「富嶽」快100萬億倍。也就是說，超級計算機需要1億年才能完成任務，而九章只需要1分鐘。同時，「九章」相當於谷歌去年發布的53架超導Bit量子計算飛機的原型「懸鈴木」快100億倍。

　　「九章」上的每篇報導都會提到一個詞「量子優越感」。有了「九章」，中國成為世界上第二個實現「量子優勢」的國家，也奠定了其國際量子計算研究第一方陣的地位。

　　什麼是「量子優勢」?陸朝陽告訴我們：「如果量子計算原型機在某個問題上的計算能力超過了最強的傳統計算機，那就證明了量子計算在未來有可能在很多方面超越。」

　　或者通俗點說。儘管該理論描繪的光明前景令人著迷，但量子計算仍需在現實中證明自己的實力。科學家選擇了極其複雜的問題來測試量子計算，這樣它就可以在實際應用中「展示它的肌肉」。證明「量子優越性」被認為是量子計算從理論到實踐的一個「裡程碑式的轉折點」。

　　「我能行。」這是九章給出的答案。如果樣本數增加到100億，九章，只需要10個小時，而超級計算機需要1200億年，而地球誕生後只需要46億年。通過「九章」，量子計算的並行計算能力已經徹底粉碎了傳統計算機。這叫「量子優越感」，因為差距太誇張了，「量子優越感」甚至被稱為「量子霸權」。

　　為什么九章如此強大?

　　讓我們來看看我們聽過的九章算術：

　　《九章算術》內容豐富，總結了戰國秦漢時期的數學成就。同時《九章算術》在數學上有其獨特的成就，最早不僅提到了分數問題，一開始還記錄了利潤不足等問題。第《方程》章還在世界數學史上首次闡述了負數及其加減算法。是一部綜合性的歷史著作，是當時世界上最簡潔有效的應用數學。它的出現標誌著中國古代數學完整體系的形成

　　另一方面，量子計算，利用量子的自然疊加來顯示並行計算的能力。「量子力學允許一個物體同時處於多種狀態。0和1的同時存在，意味著可以同時完成很多任務，所以它具有超越計算機的計算能力。」中國科大，大學教授陸朝陽，說，每個量子位不僅可以表示0或1，還可以表示0和1乘以一個係數，然後疊加。係數不同，這種疊加的形式有很多可能性。

　　「目前的量子計算機器使用原子、離子、光子等物理系統。不同類型的量子計算機器使用不同的粒子。這個九章'使用光子。」袁嵐峰說。

　　袁嵐峰說，量子計算機器並不是在所有問題上都優於經典計算機，而只是在某些特定問題上，因為它為這些特定問題設計了高效的量子算法。"對於沒有量子算法的問題，如最簡單的加法、減法、乘法和除法，量子計算機器沒有優勢."

　　「九章」相當於76個量子位，而一般的量子計算機可能需要幾千萬個量子位。「過度預期會導致大量泡沫。」陸朝陽說：「我們普遍認為，一般的量子計算機器還需要15-20年的時間，每一臺特殊的機器都是量子計算前進道路上的一塊墊腳石。只有一步步走下去，一路產卵，才能保證量子計算領域的健康發展，避免『量子冬天』的到來。」

　　量子計算機器離實用還有多遠?

　　量子計算能不處理實際問題嗎?答案是：可以。

　　「例如，因式分解，量子計算機是一種快速算法。因式分解的難度是目前最常用的密碼體制RSA的基礎，所以量子計算可以快速因式分解，也就是說可以快速破解密碼。」袁嵐峰說：「問題是現有的量子計算機器只能分解非常小的數字，不足以破解實用密碼。因此，在實現量子優勢後，下一個重要目標是創造一臺超越經典計算機的量子計算機器來解決一個實際問題。」

　　「火車剛發明的時候，連馬車的速度都跟不上;飛機剛發明的時候，只能在天上飛1分鐘;當量子計算機器首次被發明時，計算過程不可能持續幾分鐘。」袁嵐峰說，隨著量子計算今天的發展，我們開發的「九章」不僅快速穩定，而且具有潛在的應用價值。「不管量子計算現在有多初級，總有一天，它會像過去的火車和飛機一樣，一步一步向我們走來。也許在未來，我們可以利用光學實現一個真正強大的量子計算機器，也就是一個可以處理許多實際問題的可編程量子計算機器。」

　　量子計算離我們的共同應用還有多遠?

　　基本量子計算的發展分為三個階段，現在第一階段已經完成。

　　第一階段是谷歌，實現的量子霸權，即針對一些特殊問題，建造一臺比目前計算機更快的量子計算機，高效地解決一些超級計算機無法解決的高度複雜的具體問題，實現計算科學中「量子計算superience」的裡程碑。在第二階段，我們希望實現一個數百個量子比特的專用量子模擬器，用於高溫超導機制和特殊材料設計等問題。第三階段是努力打造可編程通用量子計算機。

　　當量子霸權這個詞的發明者約翰普雷斯基爾(John Preskil)在2012年提出量子霸權的概念時，他問自己大規模的量子計算是非常非常困難還是難以置信的困難。前者意味著還有幾十年，後者意味著可能需要幾個世紀。今天，中國《九章》的重大突破應該給出答案。

　　科學的 志向一直是簡單性和普遍性。在未來，我們將結合量子計算，人工智慧和區塊鏈。也許我們人類真的可以繁殖新的物種。我相信未來的世界屬於量子生命，讓我們一起期待吧。

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