12月4日,中國科學技術大學宣布該校潘建偉、陸朝陽等人成功構建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,而目前世界最快的超級計算機要用6億年。這一突破使我國成為全球第二個實現「量子優越性」的國家。而「九章」的名字取自我國古代非常重要的數學專著《九章算術》。
「量子」是個啥?
量子是什麼?根據量子理論,量子是構成物質的最基本單元,是能量的最基本攜帶者。我們中學物理書上提到的分子、原子、電子,其實都是量子的不同形式。可以說,我們的世界由量子組成,我們每個人都是「24K」純量子產品。
而在量子世界裡,一切都是不確定的。一個粒子在量子世界裡位置、狀態等變化是隨機的,無法預知和判斷。
舉個更形象的例子,從廣州到北京,可以坐高鐵,也可以坐飛機。到北京後,別人問你是怎麼來的,你說坐高鐵,那就肯定不會是坐飛機了。這就是具有確定性的經典物理世界。在量子世界中,在特定的環境下,就會存在既坐了高鐵,也坐了飛機,兩條路一起來的「量子疊加」現象。量子的這些特性給了它突破經典技術極限的可能,科學家們正在加緊研發各種量子器件,希望能夠為我們服務。
這是光量子幹涉實物圖:左下方為輸入光學部分,右下方為鎖相光路,上方共輸出100個光學模式,分別通過低損耗單模光纖與100超導單光子探測器連接。新華社發
「量子計算機」強在哪?
顧名思義,量子計算機可以利用量子的特性進行計算,而這種特性就是「量子疊加」,讓量子可以實現並行計算。目前我們常用的計算機,一次只能處理2的N次方個數據中的其中一個,這相當於一個擁有一雙手的人,一個時間段只能做一件事情;而量子並行計算原理上能夠對這2的N次方個數據同時進行處理,可以同時做2的N次方雙手可以做的事情。
去年9月,美國谷歌公司推出53個量子比特的計算機「懸鈴木」,對一個數學算法的計算只需200秒,而當時世界最快的超級計算機「頂峰」需2天,實現了「量子計算優越性」。不過,「懸鈴木」所能處理的問題,當樣本數量不斷增大時,它的優越性就會逐漸消失甚至變得反而不如經典計算機了。
近期,潘建偉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,成功構建76個光子的量子計算原型機「九章」。實驗顯示,當求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣時,「九章」需200秒,而目前世界最快的超級計算機「富嶽」需6億年。等效來看,「九章」的計算速度比「懸鈴木」快100億倍,並彌補了「懸鈴木」的量子計算優越性依賴於樣本數量的技術漏洞。
這是光量子幹涉示意圖。新華社發
「量子計算機」未來有什麼用?
量子計算機未來的應用範圍很廣泛。在天文領域,量子計算機可以處理海量的天文數據,發現更多的行星。在天氣預報方面,量子計算機可以同時計算大量數據,準確給出颱風、雷暴等惡劣天氣在何時何地出現,可以有效防範災害。量子計算機還可能輔助藥物研發,快速計算出需要的數據,加快藥物的研究。
與通用計算機相比,「九章」還只是「單項冠軍」。但其超強算力,在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用價值。相信在未來,「九章」還會給我們帶來更多的驚喜。
(文/袁晗 實習生 周樞閣)
特別鳴謝:中國科學技術大學李力老師、徐洋老師
文字來源:新華社、央視、澎湃、中青在線
超快的!超酷的!它來了!-新華網
010020100020000000000000011101141210916667