拿到「量子霸權」，中國量子計算機比前世界第一快一百萬億倍

今日，國際學術期刊《科學》在線發表了有關量子計算原型機「九章」的論文。《科學》雜誌審稿人評價該工作是「一個最先進的實驗」（ a state-of-the-art experiment ），「一個重大成就」（a major achievement）。

「九章」的發布也標著中國科學家實現「量子計算優越性」裡程碑（國外也稱之為「量子霸權」）。

76個光子的量子計算原型機「九章」由中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等組成的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研製，它實現了具有實用前景的 「高斯玻色取樣」任務的快速求解。

根據現有理論，「九章」對於處理高斯玻色取樣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，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。

可怕的是量子計算原型機「懸鈴木」只用了不到3分20秒，就完成傳統計算機需1萬年時間處理的問題 。

為什麼叫「九章」

之所以將這臺新量子計算機命名為「九章」，是為了紀念中國古代最早的數學專著《九章算術》。《九章算術》是中國古代張蒼、耿壽昌所撰寫的一部數學專著，它總結了先秦兩漢時代的數學成就，它的出現標誌中國古代數學形成了完整的體系，是一部具有裡程碑意義的歷史著作。

而這臺叫做「九章」的玻色採樣新機器，同樣具有重要的裡程碑意義，在一定程度上宣布中國的量子計算機技術形成了完整的體系。

量子計算機的現狀

在「九章」發布之前，量子計算機的明星當屬谷歌的「懸鈴木 」。

2019年10月，谷歌公司在國際權威學術雜誌《Nature》以「Quantum supremacy using a programmable superconducting processor」為題，發表一篇科學論文，表示已經成功在實驗室環境中利用53量子比特超導晶片首次證明所謂「量子霸權」理論。

很快，這個消息就在學術界裡引起了轟動，許多專家都為Google的成果驚嘆；而且，如果這一消息屬實，它將是計算領域的一大裡程碑。

谷歌CEO桑達爾·皮查伊（Sundar Pichai）還為此專門撰寫一篇文章，稱「這是迄今為止使量子計算成為現實的最有意義的裡程碑」。

美國首席技術官Michael Kratsios，也在自己的《財富》專欄裡發表評論文章，斷言Google做出了非凡的新成就。

至於我們離真正有用的量子計算機還有多遠呢？

通用量子計算機大概需要這幾步：

1，實現足夠好的量子比特（qubit）和量子門（quantum gate），這一步基本問題不大，目前可以說基本做到。

2，實現可擴展的量子比特和量子門（scalability）。這一步難度非常大，把多個qubit 糾纏起來並準確操作的難度隨qubit數量指數上升，目前大部分研究組都還在這一步。

3，實現量子糾錯（quantum error correction），和容錯計算（fault tolerance）。這一步非常重要，可惜即使是理論上也還沒完成，實驗就更是十萬八千裡了。

量子計算發展的三個階段

量子計算機在原理上具有超快的並行計算能力，可望通過特定算法在一些具有重大社會和經濟價值的問題方面（如密碼破譯、大數據優化、材料設計、藥物分析等）相比經典計算機實現指數級別的加速。當前，研製量子計算機已成為世界科技前沿的最大挑戰之一，成為歐美各發達國家角逐的焦點。對於量子計算機的研究，本領域的國際同行公認有三個指標性的發展階段：

第一階段，發展具備50-100個量子比特的高精度專用量子計算機，對於一些超級計算機無法解決的高複雜度特定問題實現高效求解，實現計算科學中「量子計算優越性」的裡程碑。

第二階段，通過對規模化多體量子體系的精確製備、操控與探測，研製可相干操縱數百個量子比特的量子模擬機

第三階段，通過積累在專用量子計算與模擬機的研製過程中發展起來的各種技術，提高量子比特的操縱精度使之達到能超越量子計算苛刻的容錯閾值（>99.9%），大幅度提高可集成的量子比特數目（百萬量級），實現容錯量子邏輯門，研製可編程的通用量子計算原型機。

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國際科研大牛德國馬普所所長 沃爾夫獎得主 富蘭克林獎章得主評價：這是量子科技領域的一個重大突破，朝著研製相比經典計算機具有量子優勢的量子設備邁出了一大步。

值得一提的是，「九章」的研製成功，不僅是實現了「量子計算優越性」的裡程碑，也為第二步——解決若干超級計算機無法勝任的具有重大實用價值的問題提供了潛在的前景。

「九章」的出色表現，牢固確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位，也為未來實現可解決具有重大實用價值問題的規模化量子模擬機奠定了技術基礎。

技術編輯：宗恩 | 發自：思否編輯部