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量子计算机“九章”

来源:光明日报

量子计算机“九章”

【晒晒咱的原型国之重器11】

2020年12月4日，中国科学技术大学宣布该校潘建伟院士团队成功构建76个光子的概念股量子计算原型机“九章”。同日，量计国际学术期刊《科学》发表了该成果，算原这是型机“一个最先进的实验”“一个重大成就”，审稿人如此评价。章量

有多重大？计算机章答案是：这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。

所谓“量子优越性”，原型即对于特定任务，概念股量子计算机可以解决，量计而现存的任何经典计算机运用任何已知算法，都不能在一个可接受的时间内完成。

有多“优越”？“九章”对于处理高斯玻色取样的速度比超级计算机“富岳”快100万亿倍，也就是说，当求解5000万个样本的高斯玻色取样时，“九章”需200秒，而截至2020年，世界最快的超级计算机“富岳”需6亿年。同时，“九章”克服了谷歌超导量子比特计算机“悬铃木”的一个漏洞。

“在费曼提出量子计算的概念近40年后，‘九章’在实验上严格地证明了量子计算的加速能力，把梦想变成了现实。”潘建伟团队成员、中国科学技术大学教授陆朝阳说，和原子、离子、超导电路等类型的量子计算机相比，光量子计算可在室温下、空气中运行，能克服量子噪声极限，结构亦相对比较简单。“‘九章’使得我国第一次进入国际量子计算第一方阵。”

“九章”啥样？在安徽合肥微尺度物质科学国家研究中心，两个通过光纤连接起来的长3米宽1.5米的不起眼“盒子”和“盒子”里密布的光学元器件，就是“九章”。“一个用来产生光源，另一个进行干涉，把光信号变成电信号后引到隔壁的探测器进行分析。”陆朝阳的学生、“九章”论文第一作者、95后博士生钟翰森介绍。

值得一提的是，研制出“九章”的团队，除了潘建伟、陆朝阳几位导师外，主力都是像钟翰森这样的年轻人！

更值得骄傲的是，“九章”构建后不到一年，2021年10月，“九章”的升级版“九章二号”成功构建，再次刷新国际光量子操纵的技术水平，其处理特定问题比目前全球最快的超级计算机快亿亿亿倍。

加上2021年10月中国科大发布的超导量子计算机“祖冲之二号”，这一系列令人瞩目的成果，标志着我国已成为世界上唯一一个在超导和光量子两个“赛道”上达到“量子优越性”里程碑的国家。

“证明‘量子优越性’，可以说是量子计算机研制征程上的一个里程碑。‘九章二号’和‘祖冲之二号’的诞生，像一对双子星，照亮了量子应用更广阔的前程。”潘建伟说。

量子计算机“九章”问世发布了评测，如何评价“九章”？这意味着什么?

量子计算机“九章”问世，这一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。基于“九章”的“高斯玻色取样”算法，未来将在图论、机器学习、量子化学等领域具有重要的潜在应用价值。

“‘九章’在同样的赛道上，比‘悬铃木’快一百亿倍，这就是等效速度，也意味着我国在量子计算上实现了‘量子霸权’”；“九章”问世后，赢得科学界一致肯定，《科学》杂志审稿人认为，此项成果是“一个最先进的实验”“一个重大成就”。

扩展资料：

中科大新闻稿还指出，根据目前最优的经典算法，“九章”对于处理高斯玻色取样的速度比超级计算机“富岳”快100万亿倍，等效地比谷歌的超导量子比特计算机“悬铃木”快100亿倍。

量子计算机“九章”系统原理：左上方激光系统产生高峰值功率飞秒脉冲； 左方25个光源通过参量下转换过程产生50路单模压缩态输入到右方100模式光量子干涉网络; 最后利用100个高效率超导单光子探测器对干涉仪输出光量子态进行探测。

参考资料来源：

百度百科-九章 （量子计算原型机）

量子计算原型机"九章"问世，它究竟有多快？

2020年12月4日，一项关于潘建伟团队量子计算原型机“九章”问世的成果出现在《科学》杂志上，这意味着我国在量子计算机领域取得了里程碑式的发展。据悉这台量子计算原型机在处理高斯玻色取样的速度方面比目前世界上最快的超级计算机“富岳”还要快一百万亿倍！

什么是量子计算原型机？

量子计算机，简单来说，它是一种可以实现量子计算的机器，是一种通过量子力学规律以实现数学和逻辑运算，处理和储存信息能力的系统。

传统计算机是通过集成电路的通断来实现0和1之间的区分，其基本单元为硅晶片。与传统计算机相比，量子计算机是由“昆比特”（也称量子比特）为基本单元，从而实现同时处于0和1，在这种情况下量子计算机就可以并行计算，所以量子计算机拥有更加强大的信息处理能力以及安全性。

量子计算原型机即就是在量子计算机新机研制过程中按设计图样制造的第一批供试验或量产原型的机械。量子计算原型机“九章”就是在潘建伟团队多年艰苦奋斗、开拓创新下研制的最新一代量子计算机。

为什么要研制量子计算机？

首先，量子计算机具有更强大的信息处理能力

与传统计算机相比，由于量子计算机在计算过程中可以同时处于0和1，所以量子计算机拥有更强大的信息处理能力。并且量子计算机是先储存处理信息，再对信息进行量子分析，这就使得，对于五花八门的信息，量子计算机能够将有效信息进行加工处理，从而获得新的有用的信息。

其次，量子计算机安全性更高

拿我们现在用的计算机来说，我们的计算机常常面临被病毒入侵的风险，一旦病毒侵入电脑，轻则电脑瘫痪，严重的话我们的个人信息甚至一些机密信息可能因此而泄露，从而造成的损失非常严重。而量子计算机由于不可克隆的量子原理，就不会出现这些风险，从而使得人们可以放心地上网。

最后，量子计算机可以同时分析大量不同数据

量子计算机具有强大的计算能力，能够同时分析大量不同的数据，所以对于研究来说，具有更大的意义。比如，在金融方面，可以避免金融危机；在生物化学方面，模拟新药物成分，更加精确研制药物和化学用品，最终达到减少成本以及保证药物药性的目的。

量子计算原型机“九章”有何意义?

在此之前，去年9月美国谷歌曾推出的“悬铃木”，其由53个量子比特构建，对于一个数学算法的计算只需200秒，而在“悬铃木”之前的超级计算机“顶峰”则需要2天，但是对于76个光子的量子计算原型机“九章”来说，这个时间少之又少，根据现有理论，足足比量子计算原型机“悬铃木”快一百亿倍。这说明了我国在光量子信息处理方面处于国际领先水平。

该成果为我国在国际量子计算研究中取得了第一方阵地位，为未来规模化量子模拟机奠定了技术基础，并且得到了国际物理学界的广泛认可和赞誉。这无疑证明了我国量子计算机的超强能力。

科学研究总是在继续的，学如逆水行舟，不进则退，对于研究也是如此，而潘建伟团队总是在行舟的路上不懈前进。从2017年，构建了世界首台超越早期经典计算机（ENIAC）的光量子计算原型机，到2019年，团队进一步研制了国际最高性能单光子光源，再到如今量子计算原型机“九章”问世，远超世界第一的超级计算机“富岳”，潘建伟团队不断在逆水行舟征途上积极进取，开拓创新，这值得我们后辈学习！

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