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、國傢並行計算機工程技術研究中心合作,成功研制出量子計算原型機“九章”,它求解數學算法高斯玻色取樣隻需200秒,比目前最快的超級計算機快一百萬億倍。這一突破使我國成為全球第二個實現“量子優越性”的國傢。那量子計算機是什麼?這一突破又意味著什麼呢?

一、什麼是量子計算機

量子計算機是一種運行規律遵循量子力學,能夠進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。它以量子比特為基本運行單元,有別於傳統計算機隻能處於0或1的二進制狀態,可同時處在多個狀態,從而具有比傳統計算機更加強大的並行計算能力。它的計算應用瞭量子世界的特性,如疊加性、非局域性和不可克隆性等,因此天然地具有並行計算的能力,可以將某些在電子計算機上呈指數增長復雜度的問題變為多項式增長復雜度問題,即某些對電子計算機來說難解的問題,在量子計算機上就可變成易解的問題。量子計算機的誕生將為人類社會提供具有強大無比運算能力的新型信息處理工具,因此它被稱之為影響未來的顛覆性技術。

二、什麼是量子優越性

量子計算研究被分為三個階段目標,分別是量子計算優越性;研制可相幹操縱數百個量子比特的量子模擬機和研制可編程的通用量子計算原型機。其中第一個階段目標“量子優越性”是指作為新生事物的量子計算機,一旦在某個問題上的計算能力超過瞭最強的傳統計算機,就證明瞭量子計算機的優越性,跨過瞭未來多方面超越傳統計算機的門檻。

三、九章量子計算機又是什麼

九章量子計算機是中國科研團隊通過對量子光源、量子幹涉、單光子探測器等領域進行自主創新,成功構建出的76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機。為瞭紀念中國古代最早的數學專著《九章算術》,這臺原型機被命名為“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“富嶽”快100萬億倍,比去年谷歌發佈的53個超導比特量子計算原型機“懸鈴木”快100億倍,使得我國成功達到瞭量子計算研究的第一個裡程碑:量子優越性。

四、量子計算機發展到什麼階段瞭?有什麼價值?

“九章”量子計算原型機的誕生使我國成功邁入國際量子計算研究中的第一方陣,為未來實現規模化量子模擬機奠定瞭技術基礎。隨著計算能力的進一步提升,量子計算機將有望在密碼破譯、材料設計、藥物分析等具有實用價值的領域發揮重要作用。但目前,無論是谷歌量子計算原型機處理“隨機線路取樣”,還是“九章”求解“高斯玻色取樣”,都隻能用來解決某個特定問題。未來量子計算機的突破,還要依賴於新材料在量子計算硬件上的創新。隻有研制出可編程的通用量子計算原型機,才能用以解決一些應用非常廣泛的問題。

參考資料:

[1]我國科學傢實現“量子計算優越性” 計算速度指數級增加.央視網.2020.12.4

[2]最快!我國量子計算機實現算力全球領先.新華社.2020.12.4

[3]郭光燦,陳以鵬,王琴.量子計算機研究進展[J/OL].南京郵電大學學報(自然科學版),2020(05):1-8[2020-12-12].

[4]中國科學傢實現“量子計算優越性”裡程碑. 中國科學技術大學新聞網.2020.12.4

[5]中國量子計算原型機“九章”問世 問鼎全球最快計算機.央廣網.2020.12.5

[6]我國科學傢實現“量子計算優越性”.中國青年報.2020.12.7.

[7]創新主動權必須牢牢掌握在自己手中.北京青年報.2020.12.7