我國量子計算機實現量子霸權,計算速度比谷歌快了100億倍

12月4日，中國科學技術大學宣布，我國新構建的76個光子的量子計算機實現了量子霸權。在5000萬個樣本的高斯玻色取樣實驗中，「九章」量子計算機僅用了200秒就完成了，如果使用世界第三的超級計算機進行實驗，它也要將近20億年才能完成。

去年9月，谷歌也宣稱它實現了量子霸權。當時，谷歌的53個量子比特的計算機「懸鈴木」在幾分鐘之內完成了一個數學算法，而當時超級計算機完成這個算法需要上萬年的時間。等效來看，我們的「九章」量子計算機比「懸鈴木」的計算速度快了100億倍。

不過，這兩種系統的工作方式是不同的。谷歌的「懸鈴木」設備使用超冷的超導材料製成微小的量子位，該量子位可以無阻地傳導能量。而我國的「九章」量子計算機則由複雜的光學設備陣列組成，這些設備包括光源、數百個分束器、數十個反光鏡和100個光子探測器。

傳統計算機信息的基本單元是比特，它一般用二進位的0和1的其中之一來表示來表示。量子計算機使用的是量子比特，它可以利用量子力學的奇怪特性來獲得一種不尋常的狀態：量子疊加，這樣一來它就獲得了兩種可能性。有了足夠多的量子位，它的可能性就越多，計算速度也就越快。

「九章」量子計算機利用光子作為量子比特，它的工作原理如下。光子首先被發送到通道網絡中，在那裡每個光子都會遇到一系列分束器，每個分束器會同時沿兩個路徑將光子發送出去，這就是所謂的量子疊加。這些路徑會合併和分裂，這取決於其中的量子規則。最後，研究人員測量每個網絡輸出通道中的光子數。

如果使用大量光子和多個輸出通道，那麼量子計算機就將產生數字分布。然而，實現量子至上還不能說明量子計算機能在實際應用中使用，因為它還是非常複雜的。但是，這是光子量子計算的裡程碑，對接下去的研究大有好處。這一結果也提高了光子量子計算機的知名度，因為在歷史上它並沒有像其他技術那樣受到廣泛關注。

值得一提的是，「九章」量子計算機也有其局限性。就目前而言，它只能執行一種任務，即高斯玻色採樣，因為利用光子的量子計算機不容易通過編程來運行不同的計算。但是，由於它的超強算力，未來在深度學習、量子化學等領域具有潛在應用。雖然谷歌的「懸鈴木」速度較慢，但是它可以對量子計算機進行編程以執行不同的計算任務。

「九章」量子計算機是我國量子技術領域的最新突破。在潘建偉的領導下，我們在量子技術領域取得了優異的成績。我們有專門設計用於量子通信的「墨子號」量子通信衛星，它曾經用於中國和奧地利之間的視頻通話，在破紀錄的長距離內使用了量子加密。