快100000000000000倍!中國量子計算原型機「九章」問世

2020-12-08 手機鳳凰網

近日，中國科學技術大學潘建偉研究團隊與中科院上海微系統所、國家並行計算機工程技術研究中心合作，成功研製出量子計算原型機「九章」，其處理特定問題的速度比目前最快的超級計算機快一百萬億倍。這一成果使我國成功實現了量子計算研究的第一個裡程碑——量子計算優越性，相關論文今天（4日）會在國際學術期刊《科學》發表。

我國科學家實現「量子計算優越性」

在位於安徽合肥的中科院量子創新研究院，記者看到，這臺最新研製成功的量子計算原型機幾乎佔據了半個實驗室，包含上千個部件。經過二十多年研究攻關，科研團隊通過在量子光源、量子幹涉、單光子探測器等領域的自主創新，成功構建了76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機「九章」。

中國科學技術大學教授 陸朝陽：它由76個光子輸出，在目前世界上最大尺度的、100×100的幹涉儀裡面進行幹涉，幹涉的過程也是我們完成計算的過程。

實驗結果顯示，「九章」處理特定問題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，同時也等效地比谷歌去年發布的53比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍，成功實現了量子計算領域的第一個裡程碑——量子計算優越性。

中國科學院院士 中國科學技術大學教授 潘建偉：「九章號」展示了量子計算的強大算力。我們將把它初步用於量子化學的一些研究，圖論裡面的組合數學方面的一些研究，甚至也可以用於一些機器學習的研究。所以有些傳統上認為比較困難的問題，用我們的計算機就可以做一些有效的、有益的探索。

科研團隊介紹，「九章號」量子計算原型機確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位，為未來實現規模化量子模擬機奠定了技術基礎。隨著計算能力的進一步提升，量子計算機將有望在密碼破譯、材料設計、藥物分析等具有實用價值的領域發揮重要作用。

麻省理工學院教授 美國青年科學家總統獎得主 德克·英格倫：我認為這是一個了不起的成就，這是開發這些中型量子計算機的一個裡程碑。

奧地利科學院院長 美國科學院院士 安東·蔡林格：這項工作成果很重要，證明了基於光子的量子計算機也可能實現量子計算優越性。我相信有朝一日量子計算機會被廣泛使用，甚至每個人都可以使用。

我國科學家實現「量子計算優越性」

擁有並行計算能力 計算速度指數級增加

量子科技是國際最為關注的前沿熱點之一。如果將傳統計算機的速度比作「自行車」，量子計算機的速度則是「飛機」。量子計算為何具有如此強大的計算能力？「量子計算優越性」，也就是國外所說的「量子霸權」究竟是什麼呢？

量子就是質量、能量等各種物理量的最小單元，而且它也要以某種粒子狀態存在。如果說到能量，比如光，一個光子就是一個量子。

中國科學技術大學教授 陸朝陽：量子計算機是利用量子力學的原理，量子力學可以允許一個物體同時處於多種狀態，比如0和1同時存在，它可以做一個原理上叫做並行計算，就是很多個任務可以一起來完成，因此它就有了一種超越經典計算機的計算能力。

正是因為具有超快的並行計算能力，量子計算可望通過特定算法實現指數級別的加速。對於量子計算機的研究，科學界公認有三個指標性的發展階段。

中國科學院院士 中國科學技術大學教授 潘建偉：在我們的量子計算裡面，第一個裡程碑性的目標就是要來展示量子計算的優越性。我們在高斯波色採樣實驗當中構建了一個量子計算的原型機，可以比目前最快的超算快10的14次方倍，相當於我這裡算一分鐘的東西，用「富嶽號」來算要算一億年，這就是叫做量子優越性。就是我可以演示某個功能比傳統的超級計算機算得好，我們就可以進一步地去尋找各種各樣的應用。

潘建偉介紹，將實現量子計算優越性的這臺量子原型機命名為「九章」，是為了紀念中國古代最早的數學專著《九章算術》。在「九章」量子原型機的基礎上，研究團隊將通過提高量子比特的操縱精度等一系列技術攻關，力爭儘早研製出可編程的通用量子計算原型機。

中國科學院院士 中國科學技術大學教授 潘建偉：希望通過15年到20年的努力，能夠研製出通用的量子計算機，這樣它就可以解決很多非常廣泛的問題，比如包括密碼分析、氣象預報、藥物設計，來探索物理學或者化學、生物學裡面的一些複雜的問題。

總監製：陳良傑

監製：夏宇

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