比超算快100萬億倍，打破美國量子霸權，中國量子計算機有多強

2020年12月4日

中國合肥研製出量子計算機

比世界第一的超級計算機“富嶽”還要快100萬億倍

1946年世界上第一臺電子計算機問世

那時的它還是個龐然大物

佔地170平方米重達30噸

每秒鐘可以進行5000次計算

雖然現在看起來有些微不足道

但是在當時具有跨世代的意義

隨著科技的進步

人們追求高效便捷

於是計算機的研發也更為先進

2020年12月4日

在中國科學技術大學潘建偉研究團隊帶領下

我國成功研製出量子計算原型機“九章”

在處理一些特定問題上

它的速度比目前最快的超級計算機快一百萬億倍

這一成果意味著我國成功實現了量子計算機研究的第一個里程碑----量子計算優越性

在當今社會

量子科技成為了國際上最為關注的前沿熱點之一

量子就是質量、能量等各種物理量的最小單元

而且它也要以某種粒子狀態存在

量子計算機是利用量子力學的原理

量子力學可以允許一個物體同時處於多種狀態

這樣產生的原理我們叫做平行計算

就是可以很多個任務一起完成

因此它就具備了超越經典計算機的計算能力

正是具有超快的平行計算能力

量子計算也就可以透過特定演算法實現指數級別的加速

為了檢驗其效能

研究團隊進行的實驗是求解高斯玻色子取樣

“九章”在處理這個問題時

僅僅用了200秒

即便是轟動一時的谷歌“懸鈴木”在處理這個問題時

也要比“九章”慢得多

高斯玻色取樣是一種複雜的取樣計算

其計算難度呈指數增長

很容易超出目前超級計算機的計算能力

適合量子計算機來解決

它是“玻色取樣”問題的一種

而玻色取樣問題是量子資訊領域第一個

在數學上被嚴格證明可以用來演示量子計算加速的演算法

與谷歌採用零下273攝氏度左右的超導線圈產生量子位元不同

潘建偉團隊的實驗用光子實現量子的計算過程

大部分是在常溫下進行的

他們將一束定製的鐳射分成強度相等的13條路徑

聚焦在25個晶體上產生25個特殊狀態的量子光源

光源透過2米自由空間和20米光纖

進入干涉儀和彼此“對話”

最後輸出結果由100個超導奈米線單光子探測器探測

最終有76個探測器探測到了光子

對於潘建偉來說

他們的實驗並不是一蹴而就的

是慢慢積累的結果

早在2017年

他的團隊就構建了世界首臺超越早期經典計算機的單光子量子計算機

2019年則實現了輸入20個光子、探測14個光子的量子計算

要知道當時國際上也只能做到3到4個光子

他們已經趕超全球了

儘管“九章”量子計算機還處在實驗室階段

但是潘建偉認為在未來15到20年裡

能夠研製出通用的量子計算機

這樣便可以解決很多非常廣泛的問題

如密碼分析、氣象預報等等

甚至還可以探索物理學或者化學裡面的一些複雜問題

即便如此科研人員的研發也值得我們稱讚

科技是第一生產力

“九章”的問世不僅讓世界看到了中國科技的力量

也讓世界看到了中國智慧從古至今一直都在熊熊燃燒