量子計(jì)算機(jī)"九章"有多厲害?

　　中國(guó)科技大學(xué)的潘建偉，陸朝陽(yáng)和其他人建造了一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)器，擁有76個(gè)光子和100種模式。其“高斯玻色取樣”的處理速度比最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”快100萬(wàn)億倍。也就是說(shuō)，超級(jí)計(jì)算機(jī)需要1億年才能完成任務(wù)，而九章只需要1分鐘。同時(shí)，“九章”相當(dāng)于谷歌去年發(fā)布的53架超導(dǎo)Bit量子計(jì)算飛機(jī)的原型“懸鈴木”快100億倍。

　　“九章”上的每篇報(bào)道都會(huì)提到一個(gè)詞“量子優(yōu)越感”。有了“九章”，中國(guó)成為世界上第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)勢(shì)”的國(guó)家，也奠定了其國(guó)際量子計(jì)算研究第一方陣的地位。

　　什么是「量子優(yōu)勢(shì)」?陸朝陽(yáng)告訴我們：“如果量子計(jì)算原型機(jī)在某個(gè)問(wèn)題上的計(jì)算能力超過(guò)了最強(qiáng)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，那就證明了量子計(jì)算在未來(lái)有可能在很多方面超越。”

　　或者通俗點(diǎn)說(shuō)。盡管該理論描繪的光明前景令人著迷，但量子計(jì)算仍需在現(xiàn)實(shí)中證明自己的實(shí)力?？茖W(xué)家選擇了極其復(fù)雜的問(wèn)題來(lái)測(cè)試量子計(jì)算，這樣它就可以在實(shí)際應(yīng)用中“展示它的肌肉”。證明“量子優(yōu)越性”被認(rèn)為是量子計(jì)算從理論到實(shí)踐的一個(gè)“里程碑式的轉(zhuǎn)折點(diǎn)”。

　　“我能行?！边@是九章給出的答案。如果樣本數(shù)增加到100億，九章，只需要10個(gè)小時(shí)，而超級(jí)計(jì)算機(jī)需要1200億年，而地球誕生后只需要46億年。通過(guò)“九章”，量子計(jì)算的并行計(jì)算能力已經(jīng)徹底粉碎了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。這叫“量子優(yōu)越感”，因?yàn)椴罹嗵鋸埩耍傲孔觾?yōu)越感”甚至被稱為“量子霸權(quán)”。

　　為什么九章如此強(qiáng)大?

　　讓我們來(lái)看看我們聽過(guò)的九章算術(shù)：

　　《九章算術(shù)》內(nèi)容豐富，總結(jié)了戰(zhàn)國(guó)秦漢時(shí)期的數(shù)學(xué)成就。同時(shí)《九章算術(shù)》在數(shù)學(xué)上有其獨(dú)特的成就，最早不僅提到了分?jǐn)?shù)問(wèn)題，一開始還記錄了利潤(rùn)不足等問(wèn)題。第《方程》章還在世界數(shù)學(xué)史上首次闡述了負(fù)數(shù)及其加減算法。是一部綜合性的歷史著作，是當(dāng)時(shí)世界上最簡(jiǎn)潔有效的應(yīng)用數(shù)學(xué)。它的出現(xiàn)標(biāo)志著中國(guó)古代數(shù)學(xué)完整體系的形成

　　另一方面，量子計(jì)算，利用量子的自然疊加來(lái)顯示并行計(jì)算的能力?！傲孔恿W(xué)允許一個(gè)物體同時(shí)處于多種狀態(tài)。0和1的同時(shí)存在，意味著可以同時(shí)完成很多任務(wù)，所以它具有超越計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力?！敝袊?guó)科大，大學(xué)教授陸朝陽(yáng)，說(shuō)，每個(gè)量子位不僅可以表示0或1，還可以表示0和1乘以一個(gè)系數(shù)，然后疊加。系數(shù)不同，這種疊加的形式有很多可能性。

　　“目前的量子計(jì)算機(jī)器使用原子、離子、光子等物理系統(tǒng)。不同類型的量子計(jì)算機(jī)器使用不同的粒子。這個(gè)九章'使用光子?！痹瑣狗逭f(shuō)。

　　袁嵐峰說(shuō)，量子計(jì)算機(jī)器并不是在所有問(wèn)題上都優(yōu)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)，而只是在某些特定問(wèn)題上，因?yàn)樗鼮檫@些特定問(wèn)題設(shè)計(jì)了高效的量子算法。"對(duì)于沒有量子算法的問(wèn)題，如最簡(jiǎn)單的加法、減法、乘法和除法，量子計(jì)算機(jī)器沒有優(yōu)勢(shì)."

　　“九章”相當(dāng)于76個(gè)量子位，而一般的量子計(jì)算機(jī)可能需要幾千萬(wàn)個(gè)量子位?！斑^(guò)度預(yù)期會(huì)導(dǎo)致大量泡沫。”陸朝陽(yáng)說(shuō)：“我們普遍認(rèn)為，一般的量子計(jì)算機(jī)器還需要15-20年的時(shí)間，每一臺(tái)特殊的機(jī)器都是量子計(jì)算前進(jìn)道路上的一塊墊腳石。只有一步步走下去，一路產(chǎn)卵，才能保證量子計(jì)算領(lǐng)域的健康發(fā)展，避免‘量子冬天’的到來(lái)?！?/p>

　　量子計(jì)算機(jī)器離實(shí)用還有多遠(yuǎn)?

　　量子計(jì)算能不處理實(shí)際問(wèn)題嗎?答案是：可以。

　　“例如，因式分解，量子計(jì)算機(jī)是一種快速算法。因式分解的難度是目前最常用的密碼體制RSA的基礎(chǔ)，所以量子計(jì)算可以快速因式分解，也就是說(shuō)可以快速破解密碼?！痹瑣狗逭f(shuō)：“問(wèn)題是現(xiàn)有的量子計(jì)算機(jī)器只能分解非常小的數(shù)字，不足以破解實(shí)用密碼。因此，在實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢(shì)后，下一個(gè)重要目標(biāo)是創(chuàng)造一臺(tái)超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)器來(lái)解決一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。”

　　“火車剛發(fā)明的時(shí)候，連馬車的速度都跟不上;飛機(jī)剛發(fā)明的時(shí)候，只能在天上飛1分鐘;當(dāng)量子計(jì)算機(jī)器首次被發(fā)明時(shí)，計(jì)算過(guò)程不可能持續(xù)幾分鐘。”袁嵐峰說(shuō)，隨著量子計(jì)算今天的發(fā)展，我們開發(fā)的“九章”不僅快速穩(wěn)定，而且具有潛在的應(yīng)用價(jià)值?！安还芰孔佑?jì)算現(xiàn)在有多初級(jí)，總有一天，它會(huì)像過(guò)去的火車和飛機(jī)一樣，一步一步向我們走來(lái)。也許在未來(lái)，我們可以利用光學(xué)實(shí)現(xiàn)一個(gè)真正強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)器，也就是一個(gè)可以處理許多實(shí)際問(wèn)題的可編程量子計(jì)算機(jī)器?！?/p>

　　量子計(jì)算離我們的共同應(yīng)用還有多遠(yuǎn)?

　　基本量子計(jì)算的發(fā)展分為三個(gè)階段，現(xiàn)在第一階段已經(jīng)完成。

　　第一階段是谷歌，實(shí)現(xiàn)的量子霸權(quán)，即針對(duì)一些特殊問(wèn)題，建造一臺(tái)比目前計(jì)算機(jī)更快的量子計(jì)算機(jī)，高效地解決一些超級(jí)計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的高度復(fù)雜的具體問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)計(jì)算科學(xué)中“量子計(jì)算superience”的里程碑。在第二階段，我們希望實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)百個(gè)量子比特的專用量子模擬器，用于高溫超導(dǎo)機(jī)制和特殊材料設(shè)計(jì)等問(wèn)題。第三階段是努力打造可編程通用量子計(jì)算機(jī)。

　　當(dāng)量子霸權(quán)這個(gè)詞的發(fā)明者約翰普雷斯基爾(John Preskil)在2012年提出量子霸權(quán)的概念時(shí)，他問(wèn)自己大規(guī)模的量子計(jì)算是非常非常困難還是難以置信的困難。前者意味著還有幾十年，后者意味著可能需要幾個(gè)世紀(jì)。今天，中國(guó)《九章》的重大突破應(yīng)該給出答案。

　　科學(xué)的最高志向一直是簡(jiǎn)單性和普遍性。在未來(lái)，我們將結(jié)合量子計(jì)算，人工智能和區(qū)塊鏈。也許我們?nèi)祟愓娴目梢苑敝承碌奈锓N。我相信未來(lái)的世界屬于量子生命，讓我們一起期待吧。

       量子計(jì)算機(jī)"九章"有多厲害，看完你就知道了。量子計(jì)算概念可以關(guān)注。