量子1分钟=超算百亿年，我国九章2.0和祖冲之2.0同时发布，量子优越性争论已休

大数据文摘出品

中国量子计算机技术又有新突破了。

因为中国量子计算成果近年来较为密集，很多小伙伴估计云里雾里，只知道每次出来一个相关新闻，跟着激动一下就完事了。

今天，咱们就先不讲最新突破，先简单梳理一下过去的事情，然后再了解现在的发(niu)展(bi)。

我们都知道，传统计算机是将所有的信息转化为0和1来进行处理的，为什么要这样呢？因为0和1可以被表示为电路的开和关两种状态。

因此，这种形式的计算机也被称为数字计算机。

这时有人就有另外的想法了。1981年5月，著名物理学家理查德·费就提出了两个问题——

• 经典计算机是否能够有效地模拟量子系统？
• 舍弃经典的图灵机模型而利用具有奇特性质的量子材料，能否建造出能够模拟量子系统的计算机？

第二个问题其实就是量子计算机的核心问题，就是说，人们开始利用粒子则能够同时处于多种状态这一优势，制造完全不同于数字计算机的机器。

比如拥有多种不同偏振态的光子，可以同时表示除了0和1之外的多种信息，利用光子这一特性的光量子计算机可以一次处理1个“量子比特”的信息，相比于我们平时所熟悉的1比特，这种叠加态可以表示更多信息，从而大大提升处理速度。

这种真正可以超越现有计算机速度的量子计算机，就被叫做“量子优越性”(又称“量子霸权”）。

是否能达到量子计算优越性的争论就此结束！

这时候我们可以再来看一下开头所说的新突破。

10月25日，中科院量子信息与量子科技创新研究院科研团队在国际知名物理学期刊《Physical Review Letters》上同时发表两篇论文，一个介绍了“祖冲之二号”，一个介绍了“九章二号”。

“九章二号”采用的就是上文所说的光量子系统，而“祖冲之二号”使用的是超导约瑟夫森结系统。这两个系统各有利弊，前者在特定问题下的计算速度非常快但是不能进行通用编程，后者则具有通用量子编程的前景（目前还不能实现通用计算）。

在实验中，“九章二号”对于高斯玻色采样问题的求解速度是世界上最强大的超级计算机的亿亿亿倍；“祖冲之二号”也实现了对“量子随机线路取样”任务的快速求解，比现有最快的超级计算机快出一千万倍。

这意味着，中科院量子信息与量子科技创新研究院同时在超导电路和光量子两种系统的量子计算方面取得了突破性进展。

这在全球属于头一家。

《Physical Review Letters》的“Viewpoint”（观点）栏目直接表示：

两个实验性量子计算机解决了迄今最复杂的问题，这意味着是否能达到量子计算优越性（量子计算机在性能上优于最好的经典计算机）的争论就此结束。

乘风破浪的中国量子

2019年10月，谷歌的53个可用量子比特可编程超导量子处理器——“Sycamore（悬铃木）”，在随机线路采样（Random Circuit Sampling）这一特定任务上超过世界上最先进超算的能力，成为了全球第一家实现“量子霸权”的组织。

紧随其后的就是中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟带领的团队。

2020年12月，潘建伟团队设计、构建了76个光子的量子计算原型机“九章”，该光量子计算系统在高斯玻色采样（Gaussian Boson Sampling）问题上取得重要突破。

实验结果显示，“九章”处理特定问题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，同时也等效地比谷歌的“Sycamore（悬铃木）”快一百亿倍。

今年1月6日，潘建伟团队及其合作者再次推出量子通信方面的重磅成果，首次展现了一个完整的天地一体化量子通信网络，综合通信链路距离长达4600公里。该论文也被Nature收录。

 

这个全球最大、最先进的量子密钥分发网络由700多个光纤量子密钥分发（QKD）链路，和2个高速“卫星-地面”自由空间QKD链路组成，不仅跨越了4600公里的星地一体的范围，覆盖国内四省三市32个节点，包括北京、济南、合肥和上海4个量子城域网，卫星与地面QKD平均密钥传输速率达到了每秒47.8kb，相较于之前提高了40倍以上。目前该网络已接入金融、电力、政务等行业的150多家用户。

再到今年的这两项研究，潘建伟和他的团队在量子计算这一领域已经走在了时代前沿。

不过这对潘建伟和他的团队来说显然还只是起点。近日，研究团队又有了新的进展，通过操控其上的60个量子比特，“祖冲之2.1”所完成任务的难度比“祖冲之2.0”又高出了3个数量级。

希望量子时代早日到来！