比最強超算還快一百萬億倍的「九章」問世，量子計算時代真的要來了

2020-12-05 中國電子報

今天，發生了兩件和量子計算有關的新聞，一則是中國科學技術大學潘建偉院士團隊構建的量子計算原型機「九章」實現了突破，另一則是英特爾宣布推出第二代Horse Ridge低溫量子控制晶片。

12月4日，據中國科學技術大學官網消息，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。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。

也是在12月4日，英特爾在其全球研究院開放日活動上宣布推出第二代Horse Ridge低溫量子控制晶片，標誌著其在量子計算可擴展性上取得裡程碑進展，因為可擴展性是全球量子計算的最大難點之一。

「九章」和Horse Ridge對於量子計算的發展有哪些意義?他們突破了哪些量子計算難點?目前量子計算各家技術路線分別面臨什麼問題?

「九章」突破了什麼?

潘建偉院士團隊所研發的量子計算機原形機取名「九章」，是為了紀念中國古代最早的數學專著《九章算術》。據介紹，目前最優的經典算法，「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。同時，通過高斯玻色取樣證明的量子計算優越性不依賴於樣本數量，克服了谷歌53比特隨機線路取樣實驗中量子優越性依賴於樣本數量的漏洞。「九章」輸出量子態空間規模達到了1030(「懸鈴木」輸出量子態空間規模是1016，目前全世界的存儲容量是1022)。

這一成果的相關論文於12月4日在線發表在國際學術期刊《科學》。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。2017年，該團隊構建了世界首臺超越早期經典計算機(ENIAC)的光量子計算原型機。2019年，團隊進一步研製了確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的國際最高性能單光子源，實現了20光子輸入60模式幹涉線路的玻色取樣，輸出複雜度相當於48個量子比特的希爾伯特態空間，逼近了「量子計算優越性」。

據悉，潘建偉團隊這次突破主要是攻克了高品質光子源、高精度鎖相、規模化幹涉三個技術難題。而基於「九章號」量子計算原型機的高斯玻色取樣算法在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用，將是後續發展的重要方向。

本源量子計算機公司副總經理張輝在接受《中國電子報》記者採訪時表示，九章取得了很大的突破，水準很高。光學量子計算機在早期科研方面可以發揮很大作用，但其工程化難度較大。

光學量子與電學量子各有何特點?

量子計算被視為「皇冠上的明珠」，全球諸多大公司都投入這場明珠爭奪戰。目前量子計算主要分為固態器件(也可稱之為電學路線)和光學路線兩大類量子計算路線。IBM與谷歌所走的是超導量子計算路線，英特爾所走的是半導體量子技術路線，無論是超導還是半導體都屬於固態器件路線，都屬於電學路線。所以谷歌、IBM、英特爾這三家公司屬於「固態器件路線派」。

「九章屬於光學路線，」張輝表示，「光學路線的光量子在相干時間上有優勢，因為光受環境幹擾比較少。但是其可操控性較弱，而且與經典計算很難實現兼容。所以包括IBM、英特爾、谷歌等都沒有選光學，而是選擇了固態器件。這樣可以借用固態器件上的工藝，實現器件的小型化。目前世界上80%以上的量子計算都採用了固態器件的路線，因為它有很好的工業基礎，而且與經典計算能夠更好地融合，更容易實現產業化、工程化。」

「英特爾之所以選擇固態器件路線，因為它比較有現實意義，是能夠實現商業化的系統。量子計算機要成為商業化的系統需要具備幾個條件：一是解決穩定性，有足夠多可用的高質量的穩定的量子。二是需要實現操控性，因為要控制其交錯、相干、交互等。三是批量化生產硬體。」 英特爾中國研究院院長宋繼強在接受《中國電子報》記者採訪時表示，「英特爾今天推出的Horse Ridge II低溫量子控制晶片，解決的是第二步的問題。」

宋繼強進一步表示，目前業界使用的微波器件主要是常溫態，而量子是在極低溫的環境中才能存在的。要做成系統，就需要將常溫態的器件與低溫態的量子進行連接，這就相當於要將很多電纜綁在一起穿進大冰箱中，其中有串擾、衰減等等問題。Horse Ridge II低溫控制晶片解決的就是這個問題，進一步簡化了量子電路的控制，提高保真度，降低功率輸出，這樣集成量子電路才有可能往前邁進一步，量子計算系統實現商用才有可能性。

光學路線與電學路線量子計算，究竟哪種在未來會更成功，業界並沒有給出定論，但是從與經典計算的兼容、從現有工藝與產業資源的成熟度、商業化和產業化等綜合維度來看，固態器件都有明顯的優勢，這也就是為什麼包括谷歌、IBM、英特爾等都選擇了該方向的技術路線進行探索的原因。

「如果光學量子要發展，最後也需要與電學進行集成和兼容，因為目前從光學路線看，其集成化、小型化、工程化難度都比較大。」張輝對記者表示，「真正衡量量子計算能力是看用它來解決問題消耗的資源與經典計算相比，誰消耗的資源更小。」

有國外專家表示，潘建偉、陸朝陽團隊實現了巨大的技術突破，水平遠超其他高斯玻色採樣試驗。除了量子計算，該項突破在量子通信方面也有很大裨益，能幫助建立量子通信網絡和量子網際網路。

有信息透露，潘建偉院士旗下同樣有團隊正在進行電學路線的量子計算研究，只是目前尚未對外公布。

相關焦點

  • 「九章」比最快的超算還快一百萬億倍 量子計算「魔力」在哪
    》，宣告中國量子計算原型機「九章」問世，並實現了「量子計算優越性」裡程碑。去年，谷歌也宣告了名為「懸鈴木」的量子計算機的誕生，經典計算機需要計算1萬年的工作，谷歌的計算機只需要200秒。而「九章」在處理高斯玻色採樣問題上，比「懸鈴木」快了一百萬億倍。那麼，到底什麼是量子計算機？它為什麼能比經典計算機更強大？
  • 量子計算原型機「九章」處理高斯玻色取樣速度比超算快一百萬億倍
    量子計算原型機「九章」處理高斯玻色取樣速度比超算快一百萬億倍 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。
  • 中國九章量子計算機誕生!比最快的超算快一百萬億倍
    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。
  • 中國量子計算原型機「九章」問世!比目前最快的超級計算機快一百萬億倍
    「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。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。
  • 中國量子計算原型機「九章」問世 比超級計算機快一百萬億倍
    新京報快訊（記者 張璐）據中國科學技術大學官網消息，中國科學家構建了76個光子的量子計算原型機「九章」。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。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」（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》），實現了具有實用前景的「高斯玻色取樣」任務的快速求解。
  • 快100000000000000倍!中國量子計算原型機「九章」問世
    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。
  • 中國九章量子計算原型機首次亮相!為何能比最快的超算快一百萬億倍
    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。
  • 你沒看錯，是一百萬億倍！「九章」就這樣厲害
    根據現有理論，該量子計算系統處理「高斯玻色取樣」這一特定問題的速度比目前最快的超級計算機快一百萬億倍。等效地，其速度比去年穀歌發布的53個超導比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍。這一成果使得我國成功達到了量子計算研究的第一個裡程碑：量子計算優越性（國外也稱之為「量子霸權」）。
  • 中國「九章」問世，比最快的超級計算機快一百萬億倍
    來源：中國新聞社記者：吳蘭記者4日從中國科學技術大學獲悉，該校中國科學院院士潘建偉、陸朝陽教授等組成的研究團隊與合作者成功構建了76個光子的量子計算原型機「九章」。根據現有理論，在「高斯玻色取樣」任務中，「九章」一分鐘完成的任務，超級計算機需要一億年。
  • 它來了，比超級計算機快100000000000000倍！中國量子計算原型機「九章」問世！又見「中國式浪漫」
    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。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。
  • 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。
  • 快100億倍,算力全球領先,中國量子計算原型機「九章」問世
    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）。等效地，其速度比去年穀歌發布的53個超導比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍。這一成果使得我國成功達到了量子計算研究的第一個裡程碑：量子計算優越性（國外也稱之為「量子霸權」）。相關論文於12月4日在線發表在國際學術期刊《科學》。
  • 中國科學技術大學:量子計算原型機「九章」問世
    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）。等效地，其速度比去年穀歌發布的53個量子比特計算原型機「懸鈴木」快一百億倍。這一成果使得我國成功達到了量子計算研究的第一個裡程碑：量子計算優越性（國外也稱之為「量子霸權」）。相關論文於12月4日在線發表在國際學術期刊《科學》上。
  • 中國量子計算原型機「九章」問世,實現「量子優越性」
    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，而目前世界最快的超級計算機「富嶽」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。
  • 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
    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。
  • 中國首次實現量子優越性:超越谷歌,比最強超級計算機快一百萬億倍
    金磊 發自 凹非寺量子位 報導 | 公眾號 QbitAI「比全球最快的超級計算機快一百萬億倍！」「超越了谷歌量子計算優越性！」「是裡程碑式突破！」……今天，潘建偉團隊所構建的「76個光子的量子計算原型機」一經問世，便引起了業界巨大的反響。並且，在線發表在了國際學術期刊Science。這臺量子計算原型機，名曰「九章」，取自我國古代最早的數學著作《九章算術》，其計算速度直接問鼎全球最快。
  • 中國量子計算原型機「九章」問世,全球多位科學家打call
    「九章」問世，量子生輝，中國量子計算原型機九章今日上了熱榜，EDN今日已進行了科普《量子九章，速度有多快？怎麼實現的？》，現在我們來看看全球科學家是怎樣看待九章的？
  • 超越谷歌「量子霸權」！潘建偉團隊量子計算原型機「九章」問世
    (攝影：馬瀟漢，梁競，鄧宇皓)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。根據現有理論，其速度比目前最快的超級計算機快一百萬億倍，比去年穀歌發布的53個超導比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍。
  • 速度超谷歌百億倍!我國量子計算原型機「九章」問世
    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，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。
  • 超越谷歌「量子霸權！潘建偉、陸朝陽團隊研製量子計算原型機「九章」問世
    (攝影：馬瀟漢，梁競，鄧宇皓)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。根據現有理論，其速度比目前最快的超級計算機快一百萬億倍，比去年穀歌發布的53個超導比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍。