「九章」問世，量子計算機將深刻影響未來

2020-12-06 光明網

作者：張田勘

當200秒遇上6億年，是什麼概念？

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。「九章」的命名旨在紀念中國古代最早的數學專著《九章算術》。

去年9月，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，遠超當時世界最快的超級計算機所需的2天，實現了「量子優越性」。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」依賴樣本數量的技術漏洞。國際學術期刊《科學》發表了該成果，審稿人評價這是「一個最先進的實驗」「一個重大成就」。

「九章」的問世，意義是多方面的。首先當然是在計算機、IT和數學領域，如實現「量子計算優越性」（「量子霸權」），在某個特定問題上的計算能力遠超現有最強的傳統計算機。此外，它還可以通過量子計算機建立量子通信網絡和量子網際網路等。

其次，在實用性上，量子計算機有廣闊的空間和範圍，如密碼破譯、大數據優化、材料設計、藥物研發等，都可以獲得量子計算機的支持，從而解決重大的國計民生問題，並產生巨大的經濟價值。正如有科學家預言，量子計算機會被廣泛使用，甚至每個人都可以使用。

值得一提的是，它還與藥物研發息息相關。

眼下，新冠肺炎肆虐全球一年，目前雖然已經有一些疫苗問世，但是藥物研發卻遙遙無期，原因之一就在於篩選藥物分子遭遇計算的瓶頸。

傳統的以實驗篩選前期藥物分子，僅僅是搜索一個有效的藥物新靶點就需要篩選10萬個化合物，成功率在0.1%-0.01%之間。用計算機輔助進行新藥研發，其快速算法可以加快藥物的研究，從而將命中率提高到5%~20%，費用減少99.9%。如果運用量子計算機，只要其計算速度快過經典計算機100-1000倍，就有可能讓篩選藥物前期分子的效率提高到90%以上，費用也更為減少。不過，能否獲得真正有效的藥物分子，還要看後期的生物實驗。

據報導，截至今年6月，新冠病毒能夠轉錄29種蛋白質，有16種非結構蛋白、4種結構蛋白和9種輔助蛋白。而且，新冠病毒入侵人體的受體蛋白除了ACE2之外，還有為數不少的蛋白在新冠病毒的吸附、侵入、脫殼、生物合成、組裝以及釋放等關鍵過程中扮演了關鍵角色。這些複雜的結構和特性，給藥物研髮帶來了相當大的難度。可以預見，如果能將量子計算機的「神算」功力運用到這一領域，將會帶來怎樣的創舉。

此外，量子計算機的快速運算還有平常卻廣泛的運用。例如，送貨車如何選擇最有效率的路線送貨，可以藉助量子計算機的幫助。這也絕非「大材小用」。

當然，也要看到，與通用計算機相比，「九章」還只是「單項冠軍」。從實驗室走向廣闊的生活生產場景，還需要漫長的時間。更嚴謹如研究人員所評估的那樣，「九章」是否完全實用和通用，可以解決所有計算問題，還需要進一步驗證。但不可否認，「九章」的問世是一個巨大的鼓舞，未來可期。（張田勘）

來源： 澎湃新聞

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