拿到“量子霸权”，中国量子计算机比前世界第一快一百万亿倍-技术圈

技术编辑：宗恩丨发自思否编辑部

今日，国际学术期刊《科学》在线发表了有关量子计算原型机“九章”的论文。《科学》杂志审稿人评价该工作是“一个最先进的实验”（ a state-of-the-art experiment ），“一个重大成就”（a major achievement）。

“九章”的发布也标着中国科学家实现“量子计算优越性”里程碑（国外也称之为“量子霸权”）。

76个光子的量子计算原型机“九章”由中国科学技术大学潘建伟、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研制，它实现了具有实用前景的 “高斯玻色取样”任务的快速求解。

根据现有理论，“九章”对于处理高斯玻色取样的速度比目前世界排名第一的超级计算机“富岳”快一百万亿倍，等效地比谷歌去年发布的53比特量子计算原型机“悬铃木 ”快一百亿倍。

可怕的是量子计算原型机“悬铃木”只用了不到3分20秒，就完成传统计算机需1万年时间处理的问题。

为什么叫“九章”

之所以将这台新量子计算机命名为“九章”，是为了纪念中国古代最早的数学专著《九章算术》。《九章算术》是中国古代张苍、耿寿昌所撰写的一部数学专著，它总结了先秦两汉时代的数学成就，它的出现标志中国古代数学形成了完整的体系，是一部具有里程碑意义的历史著作。

而这台叫做“九章”的玻色采样新机器，同样具有重要的里程碑意义，在一定程度上宣布中国的量子计算机技术形成了完整的体系。

在“九章”发布之前，量子计算机的明星当属谷歌的“悬铃木 ”。

2019年10月，谷歌公司在国际权威学术杂志《Nature》以“Quantum supremacy using a programmable superconducting processor”为题，发表一篇科学论文，表示已经成功在实验室环境中利用53量子比特超导芯片首次证明所谓“量子霸权”理论。

很快，这个消息就在学术界里引起了轰动，许多专家都为Google的成果惊叹；而且，如果这一消息属实，它将是计算领域的一大里程碑。

谷歌CEO桑达尔·皮查伊（Sundar Pichai）还为此专门撰写一篇文章，称“这是迄今为止使量子计算成为现实的最有意义的里程碑”。

美国首席技术官Michael Kratsios，也在自己的《财富》专栏里发表评论文章，断言Google做出了非凡的新成就。

至于我们离真正有用的量子计算机还有多远呢？

通用量子计算机大概需要这几步：

1，实现足够好的量子比特（qubit）和量子门（quantum gate），这一步基本问题不大，目前可以说基本做到。

2，实现可扩展的量子比特和量子门（scalability）。这一步难度非常大，把多个qubit 纠缠起来并准确操作的难度随qubit数量指数上升，目前大部分研究组都还在这一步。

3，实现量子纠错（quantum error correction），和容错计算（fault tolerance）。这一步非常重要，可惜即使是理论上也还没完成，实验就更是十万八千里了。

“九章”也同样在这几个难点上攻坚中。

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（如密码破译、大数据优化、材料设计、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，成为欧美各发达国家角逐的焦点。对于量子计算机的研究，领域内的国际同行公认有三个指标性的发展阶段：

第一阶段，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。

第二阶段，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

第三阶段，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），实现容错量子逻辑门，研制可编程的通用量子计算原型机。

目前“九章”已经跨过了第一阶段的里程碑。

国际科研大牛德国马普所所长沃尔夫奖得主富兰克林奖章得主评价：“这是量子科技领域的一个重大突破，朝着研制相比经典计算机具有量子优势的量子设备迈出了一大步。”

值得一提的是，“九章”的研制成功，不仅是实现了“量子计算优越性”的里程碑，也为第二步——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提供了潜在的前景。

“九章”的出色表现，更加牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位，也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。

论文链接：

https://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.abe8770

内容参考：

http://news.ustc.edu.cn/info/1055/73418.htm

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