百万分之一秒VS二百亿年，中国量子计算又破纪录


目前世界上最快的超级计算机
求解特定数学问题
约需200亿年
由中国科学家最新研制成功的
“九章三号”量子计算原型机
只需要百万分之一秒
比超算快一亿亿倍
……
为何如此天壤之别？
 
10月11日凌晨
国际知名学术期刊《物理评论快报》发表论文
中国科学技术大学
中国科学院量子信息与量子科技创新研究院
潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队
与中国科学院上海微系统与信息技术研究所
国家并行计算机工程技术研究中心合作
成功构建255个光子的
量子计算原型机“九章三号”
再次刷新光量子信息技术世界纪录
 

量子计算机是啥？
“九章三号”强在哪？
我们邀请到一位科普达人
中国科学技术大学科技传播系副主任
中国科学院科学传播研究中心副主任袁岚峰
为大家解码“九章三号”
 

1.什么是量子计算


量子计算是一种遵循量子力学规律
调控量子信息单元进行计算的新型计算模式
量子计算在原理上具有超快并行计算能力
可通过特定算法产生超越经典计算机的算力
 
2.什么是“九章三号”？


“九章三号”是“九章”（2020年12月）
“九章二号”（2021年10月）量子计算原型机的升级版
“九章”系列用的物理体系是光学
电影《流浪地球2》中的量子计算机MOSS
在常温下就能运行
可能就是一台光量子计算机
 
3.什么是“量子优越性”？


“九章”系列实现了一个重要的里程碑
叫做“量子优越性”
是指当新生的量子计算原型机
在某个问题上的计算能力超过了最强的经典计算机
就证明其未来有多方超越的可能
这样的优越性并非一成不变
经典计算机也在通过优化算法
与量子计算机竞争


4.量子计算有望实现真正有应用价值的成果吗？


目前的“九章三号”还只是
具有潜在应用价值的“单项冠军”
预期在未来5到10年内
量子计算有望实现真正有应用价值的成果
例如发明一种新材料、破解一种密码


针对一些网友关心的问题
记者也请教了袁岚峰以及研究团队成员
中国科学技术大学教授陆朝阳


Q：“九章三号”装置结构是怎么样的？哪里升级最明显？
A：“九章三号”装置一共分为四大块：
第一块是受激量子光源
第二块是超低损耗的量子光路
让多个光子之间发生“干涉”
变成量子纠缠态
第三块是“九章三号”新加入的
也是升级最明显的地方
叫“时空解复用的光纤环”
为的是让光子分离开
好让第四部分——超导纳米线单光子探测器
能够数清楚光子具体数量
进而大幅度提高光子的操纵数量和质量
 
Q：为何选择求解高斯玻色取样这样的数学问题
A：所谓高斯玻色取样是一个计算概率分布的算法
形象点说就是让N个小球随机落进N个袋子里
然后求各种分布出现的概率
之所以选这道题
是因为光量子计算机目前最擅长的就是解这道题
也最容易在这道题上实现“量子优越性”
不同路线的量子计算机会解的题也不同
比如超导量子计算则擅长解“随机线路取样”
 
Q：“九章三号”距离通用量子计算机还有多远？
A：实际上离得还非常远
通用量子计算机需要操纵上千万的量子比特
同时也要具备纠错能力
这些都需要在现有量子计算原型机基础上
不断迭代，慢慢实现
国际主流观点认为
要研制通用量子计算机
至少还需要5到10年时间
然而在此过程中可以期待
操纵数百个量子比特的量子模拟机
能够解决一些超级计算机无法胜任
具有重大实用价值的问题
如密码破译、大数据优化、天气预报、药物分析等
一位量子科技工作者曾形容：
“正如蒸汽机第一次被装在马车上
谁能想到它孕育着改变世界的力量！”
坐在“量子马车”上的各位
准备好了吗？