實現「量子霸權」:了不起的「九章」計算機

2021-01-08 極客網FromGeek

極客網·極客觀察12月7日 近日，我國在量子計算領域取得了裡程碑式的突破。中國科學技術大學宣稱該校學者潘建偉帶領的團隊成功構建了76個光子的量子計算原型機「九章」，實現了具有實用前景的「高斯玻色取樣」任務的快速求解。這一成果牢固確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位。

「九章」的誕生引發了多方關注與熱議，其先進程度遠超大家想像。據悉，該計算機一分鐘完成的任務，超級計算機需要約一億年才能完成。而與谷歌去年發布的量子計算原型機「懸鈴木」相比，「九章」的計算速度快了一百億倍。「九章」的出現使我國成功獲得了「量子霸權」。

「九章」為何這麼快？

「九章」的計算之快源於其計算形式。量子計算機與我們平時接觸到的普通計算機的計算形式不同。普通計算機通過電路的開與關來進行計算，單位信息比特只有1和0兩種形式，一些更複雜的運算操作則是通過多位信息的邏輯運算實現的。

而量子計算機使用粒子的狀態作為計算形式，由於粒子能夠同時處於多種狀態，因此量子計算機的單個比特可以承載更多的信息。在「九章」中使用的量子載體為光子，光子除了亮和滅兩種形態以外，還存在不同的偏振態，因此，一個光子能夠表達的不僅是0和1兩種狀態，含包括兩者組合疊加的多樣結果。粒子的使用使得量子計算機的運算速度能夠突破電路性能的限制，得到了極大程度的提升。

利用量子天然具備的疊加性，量子計算機得以施展並行計算的能力。隨著比特數的增加，信息的存儲量和運行速度將以指數形式增長，這是普通計算機難以企及的。

不過，需要明確的是，「九章」目前還不算是真正的「量子計算機」，而是「量子計算原型機」。此前潘建偉院士曾表示，通用量子計算機的問世可能還需要15-30年的時間。目前「九章」還不能進行通用運算，只能作為計算「高斯玻色採樣」的實驗設備，輔助傳統計算機進行運算。

據悉，「九章」初步將被應用於量子化學以及圖論中組合數學的研究中去，後續可能被用於機器學習的研究。「九章」的實際應用還需要更多更有效的探索。

「九章」的構建之路

目前，研製量子計算機已成為世界科技前沿的最大挑戰之一。潘建偉團隊一直在光量子信息處理方面處於國際領先水平。早在2017年，該團隊就聚焦於量子點光源，構建出了世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算原型機。

在2019年，該團隊又更進一步，在光子數和計算複雜度等關鍵指標上實驗大幅度提升，逼近「量子計算優越性」。而這次，潘建偉團隊通過自主研製同時具備高效率、高全同性、極高亮度和大規模擴展能力的量子光源，最終突破了光子效能的瓶頸，成功構建了「九章」。

在「九章」的構建之路上，該團隊經歷的困難遠超想像，該設備對鎖相精度的要求高達十的負九次方。團隊中的陸朝陽曾這樣描述他們遇到的難題，「我們需要50路光子同時通過20多米的光層，每一路都要保持25納米的精度，這相當於你讓50匹馬一起跑過100公裡，必須同時到達，每匹馬的誤差，不能超過一根頭髮絲。」這樣的形容充分說明了「九章」成果的來之不易。

值得一提的是，此次「九章」的研發團隊中有四位90後成員，期中年齡最小的一位成員1997年出生，這也讓我們切實地看到了「後浪」的力量。在這些年輕的新力量的推動下，建設世界科技強國，未來可期。

實現「量子霸權」

「九章」的成功研發也意味著我國實現了「量子霸權」。所謂量子霸權，也稱量子計算優越性，是指量子計算裝置在特定測試案例上表現出超越所有經典計算機的計算能力。實現量子霸權是量子計算發展的重要裡程碑，這確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位。

量子計算機強大的並行運算能力，可以推動密碼破譯、材料設計、藥物分析等具有重大使用價值難題的解決，加速科技進步。量子計算機的未來是人類科技前進的一個方向，而「九章」的出現給予了中國引領世界發展的希望。

上一個聲稱實現量子霸權的是來自美國的谷歌公司，他們於2019年研發了使用53個量子比特的量子計算機「懸鈴木」。但與「懸鈴木」相比，「九章」有很大的超越。

首先，通過與最快的超級計算機的等效比較，「九章」的計算速度要比「懸鈴木」快一百億倍。除此之外，「九章」有著更強的環境適應性。「懸鈴木」對於運行環境有著很高的要求，需要在零下273.12攝氏度下運行，但「九章」只有探測部分需要低溫環境，其他部分在室溫環境下也可以運行。這意味著「九章」的使用更加便利，使用範圍也更廣。

還有重要的一點是，「九章」彌補了「懸鈴木」的技術漏洞。「懸鈴木」的運算速度與樣本數量有著緊密的練習，「懸鈴木」的運算速度只有在小樣本的情況下才優於超級計算機。而「九章」的運算能力不依賴於樣本數量，不管樣本多大，都能保持了優越的運算速度。這也是為何「九章」的出現能在世界範圍內引起如此大的轟動，許多外國科學家都對「九章」表示了肯定，並對發明團隊表達了敬意。

不過潘建偉也表示，「量子霸權就是碾壓一切」的觀點是錯誤的。他認為，「量子優越性實驗並不是一個一蹴而就的工作。而是更快的經典算法和不斷提升的量子計算硬體之間的競爭,但最終量子並行性會產生經典計算機無法企及的算力。」


（免責聲明：本網站內容主要來自原創、合作媒體供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網站出現的信息，均僅供參考。本網站將盡力確保所提供信息的準確性及可靠性，但不保證有關資料的準確性及可靠性，讀者在使用前請進一步核實，並對任何自主決定的行為負責。本網站對有關資料所引致的錯誤、不確或遺漏，概不負任何法律責任。
任何單位或個人認為本網站中的網頁或連結內容可能涉嫌侵犯其智慧財產權或存在不實內容時，應及時向本網站提出書面權利通知或不實情況說明，並提供身份證明、權屬證明及詳細侵權或不實情況證明。本網站在收到上述法律文件後，將會依法儘快聯繫相關文章源頭核實，溝通刪除相關內容或斷開相關連結。 ）

相關焦點

  • 實現「量子霸權」：了不起的「九章」計算機
    據悉，該計算機一分鐘完成的任務，超級計算機需要約一億年才能完成。而與谷歌去年發布的量子計算原型機「懸鈴木」相比，「九章」的計算速度快了一百億倍。「九章」的出現使我國成功獲得了「量子霸權」。「九章」為何這麼快？
  • 「九章」計算機再次演示量子霸權
    據《科學美國人》月刊網站12月3日報導，由中國科學技術大學潘建偉和陸朝陽率領的物理學家團隊利用量子計算原型機「九章」，實現了「高斯玻色取樣」任務的快速求解。算力遠超經典計算機去年，谷歌公司登上新聞頭條，其研發的「西克莫」量子處理器耗時約3分鐘完成了超級計算機需要1萬年才能完成的任務。而中科大團隊在其論文中估計，如果用全球排名靠前的超級計算機「神威·太湖之光」來執行「九章」完成的這項運算任務，需要耗時驚人的25億年。報導指出，這不過是科學家第二次演示「量子霸權」。
  • 什麼是量子霸權？「九章」的優勢在哪？九問量子計算機
    量子計算機可望在一些具有重大社會和經濟價值的問題上，如密碼破譯、大數據優化、材料設計、藥物分析等方面，相比經典計算機實現指數級別的加速。例如一個非常重要的問題，因數分解，就是量子計算機有快速算法的例子。因數分解的困難性是現在最常用的密碼體系之一RSA的基礎，所以量子計算機能快速進行因數分解，就意味著能快速破解密碼。Q3：什麼叫量子霸權？
  • 我國實現「量子霸權」裡程碑:自主研製量子計算機 「九章」問世
    來自中國科大的消息顯示，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，構建了76個光子的量子計算原型機「九章」，實現了具有實用前景的「高斯玻色取樣」任務的快速求解。
  • 九章，爭搶量子霸權
    所謂「量子霸權」（Quantum supremacy），更準確的翻譯是 「量子優勢」或「量子優越性」。跟傳統意義上的「霸權」沒關係，而是用來形容量子計算機相較於傳統計算機碾壓級別的計算能力優勢。如果量子計算機可以解決經典計算機上無法解決的問題，不論這項任務本身是什麼，是否有實際的意義，那麼就代表實現了「量子霸權」。
  • 美媒解讀:「九章」計算機再次演示量子霸權
    據《科學美國人》月刊網站12月3日報導，由中國科學技術大學潘建偉和陸朝陽率領的物理學家團隊利用量子計算原型機「九章」，實現了「高斯玻色取樣」任務的快速求解。在線發表在國際學術期刊《科學》上的論文顯示，其結果是76個被探測到的光子，這遠遠超過了先前創下紀錄的5個被測光子以及經典超級計算機的運算能力。
  • 美媒解讀：「九章」計算機再次演示量子霸權
    美媒稱，史上第一次，一臺利用光子構建的量子計算機的表現甚至超越了運算速度最快的經典超級計算機。據《科學美國人》月刊網站12月3日報導，由中國科學技術大學潘建偉和陸朝陽率領的物理學家團隊利用量子計算原型機「九章」，實現了「高斯玻色取樣」任務的快速求解。
  • 中國量子計算原型機「九章」問世，實現「量子霸權」
    「九章」，實現了具有實用前景的「高斯玻色取樣」任務的快速求解。實現「量子霸權」的兩種路徑由於量子計算機在原理上具有超快的並行計算能力，在一些具有重大社會和經濟價值的問題方面相比經典計算機可實現指數級別的加速。
  • 中科大「九章」歷史性突破,但實現真正的量子霸權還有多遠?
    今天，我國的量子科技領域就迎來了歷史性的突破，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，構建了76個光子100個模式的量子計算原型機「九章」，實現了具有實用前景的「高斯玻色取樣」任務的快速求解。相關成果登上了《Science》雜誌。
  • 潘建偉師徒詳解：實現「量子霸權」，中國「九章」何以後來居上？
    陸朝陽介紹「九章」最新進展（許琦敏/攝）繼谷歌去年10月宣布「量子稱霸」之後，今天，中國在世界上宣布實現「量子計算優越性」裡程碑，以76個光子、不依賴於樣本數量的更強姿態，登上《科學76個光子，比谷歌「懸鈴木」快一百億倍，比最強的超級計算機快一百萬億倍——「九章」量子計算原型機的誕生，是否意味著我國在「量子爭霸」上已經取得勝利？人類是否馬上就要進入量子計算的時代了？我們可以用它來做些什麼？
  • 美媒：中國「九章」演示「量子霸權」
    美媒稱，史上第一次，一臺利用光子構建的量子計算機的表現甚至超越了運算速度最快的經典超級計算機。據《科學美國人》月刊網站12月3日報導，由中國科學技術大學潘建偉和陸朝陽率領的物理學家團隊利用量子計算原型機「九章」，實現了「高斯玻色取樣」任務的快速求解。
  • 「九章」量子計算機到底有多神
    原來，神秘的「九章」就是一堆光路和接收裝置。袁嵐峰告訴記者，光學是實現量子計算的一種手段，跟超導、離子阱、核磁共振等很多其他手段並列。「中國科技大學把光學這種手段帶到了世界的中心，大大擴展了學術界對這種手段上限的估計，這是這項成果在技術上的重要意義。」「九章」確立的「量子計算優越性」有多厲害「九章」的成果，就是實現了量子計算優越性。
  • 揭開「九章」的神秘面紗，了解量子計算機的原理
    「九章」確立的「量子計算優越性」有多厲害「九章」的成果，就是實現了量子計算優越性。「量子計算機在某個問題上超越現有的最強的經典計算機，被稱為『量子優越性』或者叫『量子霸權』。」袁嵐峰隨後解釋說，「實際上，『量子霸權』是一個科學術語，跟國際政治無關。它指的是量子計算機在某個問題上遠遠超過現有的計算機。」
  • 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。
  • 什麼是量子計算機？「九章」確立的「量子計算優越性」有多厲害
    「九章」確立的「量子計算優越性」有多厲害　　「九章」的成果，就是實現了量子計算優越性。「量子計算機在某個問題上超越現有的最強的經典計算機，被稱為『量子優越性』或者叫『量子霸權』。」2012年，美國物理學家John Preskill將其描述為「量子計算優越性」或稱「量子霸權」。2019年，谷歌第一個宣布實現了量子優越性。他們用的量子計算機叫作「懸鈴木」，處理的問題大致可以理解為：判斷一個量子隨機數發生器是不是真的隨機。
  • 「量子霸權」在「霸權」什麼？
    就在近日，中國團隊宣布量子計算機「九章」問世，挑戰谷歌「量子霸權」實現算力全球領先。「九章」作為一臺76個光子100個模式的量子計算機，其處理「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。史上第一次，一臺利用光子構建的量子計算機的表現超越了運算速度最快的經典超級計算機。
  • 量子計算原型機「九章」問世，超越谷歌「量子霸權」
    中國科學家實現「量子計算優越性」，取得裡程碑式進展《科學》雜誌審稿人評價該工作是「一個最先進的實驗」「一個重大成就」，也得到國際物理學界廣泛認可和讚譽本報訊 （首席記者許琦敏）實現「量子計算優越性」（即「量子霸權」），中國科學家取得裡程碑式進展——成功構建了76個光子的量子計算原型機「九章」，實現了具有實用前景的「高斯玻色取樣」任務的快速求解。
  • 中國量子計算機「九章」到底有多牛！
    76個光子的量子計算原型機「九章」，實現了具有實用前景的「高斯玻色取樣」任務的快速求解。（國外也稱之為「量子霸權」）。◆ 量子計算機在某個問題上超越現有的最強的經典計算機，被稱為「量子優越性」或「量子霸權」。
  • 中國實現量子計算第一個裡程碑：原型機「九章」比最快的超級計算機快一百萬億倍
    「九章」，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，該量子計算系統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（「九章」一分鐘完成的任務，超級計算機需要一億年）。這一成果使得我國達到了量子計算研究的第一個裡程碑：量子計算優越性，即量子霸權。與傳統的CPU不同，由於量子的特性多一個量子比特其整體的表示能力將翻倍。量子霸權是量子計算機能夠解決經典計算機實際上無法解決的問題的潛在能力。
  • 中國科學家實現「量子霸權」，速度比超級計算機快100萬億倍
    這意味著中國科學家首次實現 「量子霸權」（quantum supremacy），另一個說法是量子優越性量子計算機可以解決一些超出傳統計算機計算能力的問題，「九章」 解決的 「高斯玻色採樣」 問題就是一種。