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“九章”：比目前最快超级计算机快100万亿倍
摄影/日升
“昔在庖犠氏始画八卦，以通神明之德，以类万物之情，作九九之数，以合六爻之变。”这是2000年前中国数学著作《九章算术》的第一句话。2000年后，中国科学家向全世界宣布，已构建76个光子的量子计算原型机“九章”，实现具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解，比目前最快的超级计算机快100万亿倍；比去年谷歌发布的53个超导比特量子计算原型机“悬铃木”快100亿倍。这一成果使得我国成功达到量子计算研究的第一个里程碑：量子计算优越性。 昨天，从中国科学技术大学传出信息，由潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作完成这一量子计算原型机。相关论文于12月4日在线发表在国际学术期刊《科学》上。 世界前沿最大挑战之一 量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，可望通过特定算法在一些具有重大社会和经济价值的问题方面，比如密码破译、大数据优化、材料设计和药物分析等，相比经典计算机实现指数级别的加速。当前，研制量子计算机已成为世界科技前沿的最大挑战之一，成为欧美发达国家角逐的焦点。 对于量子计算机的研究，该领域的国际同行公认有三个指标性的发展阶段：第一，发展具备50—100个量子比特的高精度专用量子计算机，对于一些超级计算机无法解决的高复杂度特定问题实现高效求解，实现计算科学中“量子计算优越性”的里程碑。 第二，通过对规模化多体量子体系的精确制备、操控与探测，研制可相干操纵数百个量子比特的量子模拟机，用于解决若干超级计算机无法胜任的具有重大实用价值的问题，比如量子化学、新材料设计和优化算法等。 第三，通过积累在专用量子计算与模拟机的研制过程中发展起来的各种技术，提高量子比特的操纵精度使之达到能超越量子计算苛刻的容错阈值（＞99.9%），大幅度提高可集成的量子比特数目（百万量级），研制可编程的通用量子计算原型机。 比谷歌原型机快百亿倍 自量子计算原理发现之初，“超导”和“光子”两条掌控量子的技术路线已经存在，争夺着量子世界最高算力的王座。 去年9月，多家海外媒体披露，谷歌一份内部研究报告显示，其研发的超导比特量子计算机成功在3分20秒时间内，完成传统计算机需1万年时间处理的问题，并声称是全球首次实现计算科学中“量子计算优越性”。 在第二条路线上，“九章”的构建者潘建伟团队一直在光量子信息处理方面处于国际领先水平。2017年，他们构建了世界首台超越早期经典计算机的光量子计算原型机。2019年，团队进一步研制了确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的国际最高性能单光子源，输出复杂度相当于48个量子比特的希尔伯特态空间，逼近了“量子计算优越性”。当时发表该研究结果的《物理评论快报》审稿人认为，这项研究突破是“一个巨大的飞跃”，“是通往实现‘量子霸权’的‘弹簧跳板’”。 如今，中国科学家凭借孜孜以求，从48量子比特一举“弹”到了76量子比特。 “神仙打架”给世界带来什么 此次中国“九章”石破天惊，是否意味着“双雄之争”已经结局？看似离普通人十分遥远的“神仙打架”，将给世界带来什么？ 在复旦大学物理系教授施郁看来，基于两条技术路线的算力的竞争依然在继续。此次成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位，为未来实现可解决具有重大实用价值问题的规模化量子模拟机奠定了技术基础。 与传统计算机“0-1”非此即彼二象性的计算基础相比，量子计算机的基础——量子，同时处于多种状态和多个位置的“叠加”。这无疑将打破传统计算机界限，使计算机运算能力呈几何级数剧增，并由此带来适应其“并行计算”特点的化学、人工智能等技术理论研究的突破，延伸至下游应用技术，可能引发物流、金融、能源等多个与日常生活紧密相关的领域的生态变革。但同时也应明晰，量子计算机与传统计算机擅长的领域不尽相同，谈论前者完全取代后者为时尚早。 责任编辑：日升 (责任编辑：日升) |
