「公基備考」「九章」問世，量子計算了解一波

2020年年尾，中國又增加了一項量子計算的重大成果——量子計算機「九章」問世。這臺量子計算機是由中國科學技術大學的潘建偉、陸朝陽等人構建，據媒體報導，它是一臺76個光子100個模式的量子計算機，它處理「高斯玻色取樣」的速度比目前最快的超級計算機「富嶽」快一百萬億倍。

也就是說，超級計算機需要一億年完成的任務，「九章」只需一分鐘。同時，「九章」也等效地比谷歌去年發布的53個超導比特量子計算機原型機「懸鈴木」快一百億倍。今天我們就來更深入了解一下「九章」量子計算機。

量子計算機為何取名「九章」。九章有幾種解釋，首先會想到的是戰國時期大詩人屈原的《九章》名篇。其次，「章」在古代也有圖案的意思，比如帝王冕服上的九種圖案，行軍打仗時指揮軍隊行進的九種旗章。顯然這些與量子計算機沒有關係。

「九章」在古代也有九疇的意思，傳說是天帝賜給大禹治理天下的九類大法，也就是《洛書》。洛書，是一種關於天地空間變化脈絡圖案。它是以黑點與白點為基本要素，以一定方式構成若干不同組合，並整體上排列成矩陣的圖式，以此矩陣建構出宇宙時空合一，萬物生成演化運行模式。另外，古時候有一部影響深遠的數學專著《九章算術》。這些應該就是以「九章」命名量子計算機的原因。

量子不是指特定的某種粒子，而是具有量子效應的分子、原子、電子、光子等微觀粒子。即一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位，則這個物理量是量子化的，並把最小單位稱為量子。量子這一概念最早是由德國物理學家M·普朗克在1900年提出。

量子效應包括能量的不連續、位置不確定、狀態疊加、幹涉、糾纏等。因為主要表現在微觀物理世界，與牛頓經典力學描述世界完全不同，因此將研究微觀物理世界的物理理論稱為量子物理學。總結來說，量子物理學是研究微觀粒子運動規律的學科，是研究原子、分子以至原子核和基本粒子的結構和性質的基本理論。

量子計算機是用量子力學的疊加性原理製造的計算機。量子疊加指一個量子系統可以處在不同量子態的疊加態上。著名的「薛丁格的貓」理論描述的就是這種疊加態——「一隻貓可以同時既是活的又是死的」。

具體來說，與普通計算機相比，普通計算機是將信息轉化為0和1，每個比特（計算機中信息量最小單位）要麼是0，要麼是1，再將他們進行傳輸、運算與存儲。而量子計算，則是利用量子天然具備的疊加性，0和1同時存在，就意味著很多個任務可以同時完成，因此具有超越計算機的運算能力。

據介紹，「九章」量子計算機利用的是光子的量子效應，其構成有兩大部分，一是由量子光源、量子幹涉、單光子探測器等組成的光路，二是接收裝置。

「九章」的成果，就是實現了量子計算優越性，或者說實現了「量子霸權」。量子霸權是指量子計算機在某個問題上遠遠超過現有的計算機。據介紹，九章處理「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。在這一點上，「九章」量子計算機不愧是「一個最先進的實驗」「一個重大成就」（《科學》雜誌審稿人評價）。

1.2020年12月4日媒體報導，中國科學技術大學的潘建偉、陸朝陽等人構建了一臺76個光子100個模式的量子計算機，命名為（ ）

A. 天問

B. 九歌

C. 九問

D. 九章

【答案】D

【解析】本題考查時事熱點。2020年12月4日，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」，求解數學算法高斯玻色取樣只需200秒。故本題選擇D。

2.量子是指（ ）

A. 一種物理狀態

B. 一種特殊粒子

C. 一種基本單位

D. 一種物理量

【答案】CD

【解析】本題考查物理學知識。現代物理理論中，一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位，則這個物理量是量子化的，並把最小單位稱為量子。所以，量子是一種量子化的物理量，是這種物理量的基本單位。故本題選擇CD。