里程碑式突破!——潘建伟团队解说“九章”量子计算机

学历教育 2025-01-11 13:27:26

里程碑式突破!——潘建伟团队解说“九章”量子计算机

合肥12月4日电题:里程碑式突破!——潘建伟团队解说“九章”量子计算机

里程碑式突破!——潘建伟团队解说“九章”量子计算机里程碑式突破!——潘建伟团队解说“九章”量子计算机


里程碑式突破!——潘建伟团队解说“九章”量子计算机


在一个特定赛道上,200秒的“量子算力”,相当于目前“强超算”6亿年的计算能力!12月4日,《科学》杂志公布了“九章”的重大突破。

这台由科学技术大学潘建伟、陆朝阳等学者研制的76个光子的量子计算原型机,推动全球量子计算的前沿研究达到一个新高度。尽管距离实际应用仍有漫漫长路,但成功实现了“量子计算优越性”的里程碑式突破。

(小标题)算力新高度 技术三优势

“量子优越性”——横亘在量子计算研究之路上的道难关。

这是一个科学术语:作为新生事物的量子计算机,一旦在某个问题上的计算能力超过了强的传统计算机,就证明了量子计算机的优越性,跨过了未来多方面超越传统计算机的门槛。

去年9月,美国谷歌公司宣布研制出53个量子比特的计算机“悬铃木”,对一个数学问题的计算只需200秒,而当时世界快的超级计算机“顶峰”需要2天,因此他们在全球首次实现了“量子优越性”。

近期,中科大潘建伟团队与中科院上海微系统与信息技术研究所、并行计算机工程技术研究中心合作,成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”。

“取名‘九章’,是为了纪念古代数学专著《九章算术》。”潘建伟说。

实验显示,“九章”对经典数学算法高斯玻色取样的计算速度,比目前世界快的超算“富岳”快一百万亿倍,从而在全球第二个实现了“量子优越性”。

高斯玻色取样是一个计算概率分布的算法,可用于编码和求解多种问题。当求解5000万个样本的高斯玻色取样问题时,“九章”需200秒,而目前世界上快的超级计算机“富岳”需6亿年;当求解100亿个样本时,“九章”需10小时,“富岳”需1200亿年。

潘建伟团队表示,相比“悬铃木”,“九章”有三大优势:一是速度更快。虽然算的不是同一个数学问题,但与快的超算等效比较,“九章”比“悬铃木”快100亿倍。二是环境适应性。“悬铃木”需要零下273.12摄氏度的运行环境,而“九章”除了探测部分需要零下269.12摄氏度的环境外,其他部分可以在室温下运行。三是弥补了技术漏洞。“悬铃木”只有在小样本的情况下快于超算,“九章”在小样本和大样本上均快于超算。

“打个比方,就是谷歌的机器短跑可以跑赢超算,长跑跑不赢;我们的机器短跑和长跑都能跑赢。”他们说。

(小标题)20年努力攻克三大技术难关

对于“九章”的突破,《科学》杂志审稿人评价这是“一个的实验”“一个重大成就”。

多位知名专家也给予高度评价。“这是量子领域的重大突破,朝着研制比传统计算机更有优势的量子设备迈出一大步!我相信成果背后付出了巨大的努力。”德国马克斯·普朗克研究所所长伊格纳西奥·西拉克说。

美国麻省理工学院德克·英格伦认为,这是“一项了不起的成就”“一个划时代的成果”。

加拿大卡尔加里大学量子研究所所长巴里·桑德斯说,毫无疑问,这个实验结果远远超出了传统机器的模拟能力。

据了解,潘建伟团队这次突破历经了20年努力,从2001年开始组建实验室,他们曾多次刷新量子纠缠数量的世界纪录。“九章”的突破,主要攻克了三大技术难关:高品质量子光源、高精度锁相技术、规模化干涉技术。

其中的高品质量子光源,是目前上同时具备高效率、高全同性、高亮度和大规模扩展能力的量子光源。“比如说,我们每次喝下一口水很容易,但要每次喝下一个水分子非常困难。”中科大陆朝阳说,高品质光源要保证每次只“放出”1个光子,且每个光子要一模一样,这是巨大挑战。同时,锁相精度要控制在10的负9次方以内,相当于传输一百公里距离,偏不能超过一根头发丝的直径。

此外,为了核验“九章”算得“准不准”,他们用超算同步验证。“10个、20个光子的时候,结果都能对得上,到40个光子的时候超算就比较吃力了,而‘九章’一直算到了76个光子。”陆朝阳说,另一方面,超算的耗电量太大,计算40个光子时需要电费200万元,41个光子需要400万元,42个光子需要800万元,推算下去将是天文数字。

(小标题)“算力革命”跃马人类未来

当前,量子计算已成为全球各国竞相角逐的焦点。比如近期,欧盟宣布拟投资80亿欧元,研究量子计算等新一代算力技术。

“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密码破译、大数据优化、天气预报、材料设计、物分析等领域,提供比传统计算机更强的算力支持。”潘建伟说。

据了解,主流观点认为,量子计算机的发展将有三个阶段:

阶段,研制50个到100个量子比特的专用量子计算机,实现“量子优越性”里程碑式突破。

第二阶段,研制可纵数百个量子比特的量子,解决一些超级计算机无法胜任、具有重大实用价值的问题,比如量子化学、新材料设计、优化算法等。

第三阶段,大幅提高量子比特的纵精度、集成数量和容错能力,研制可编程的通用量子计算原型机。

目前,“九章”还处在阶段,但在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用价值。

潘建伟团队表示,“量子优越性”实验并非一蹴而就的工作,而是更快的经典算法和不断提升的量子计算硬件之间的竞争,但终量子计算机会产生传统计算机无法企及的算力。下一步,他们将在光子、超导、冷原子等多条技术线路上推进研究。

世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机

世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机“九章”诞生在。

2020年12月4日,科学技术大学的潘建伟、陆朝阳等人构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”,它处理“高斯玻色取样”的速度比目前快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。

也就是说,超级计算机需要一亿年完成的任务,“九章”只需一分钟。同时,“九章”也等效地比谷歌去年发布的53个超导比特量子计算机原型机“悬铃木”快一百亿倍。

“九章”的架构

从外观上看,与其说它是计算机,倒不如说是一台敞开式的运算系统:实验桌上3平方米左右的格子里摆满了上千个部件,“这些都是量子计算机原型机的光路”,正是通过自主创新的量子光源、量子干涉、单光子探测器等,构建了76个光子的量子计算原型。

另一张桌子上,摆放着“九章”的接收器。如果站在两张桌子之间,就意味着置身于“九章”之中”。原来,神秘的“九章”就是一堆光路和接收装置。

我国近期科技成就手抄报

1我国近年来取得重大科技成就

2、世界单口径射电望远镜“天眼”

2020年1月11日,我国自主研发设计的500米口径球面射电望远镜通过验收,正式投入使用,它被人亲切地称为“天眼”。1994年,在我国天文学家南仁东的倡议下正式立项,历时22年建成。

“天眼”是全球的单口径射电望远镜,球面宽度为500米,一举刷新了阿雷西博天文台保持的350米纪录。据专家评估,“天眼”的综合性能是阿雷西博的10倍,甚至还能搜寻到银河系中可能存在的外星人信号。

“天眼”在研究射电天文学、大气科学、雷达天文学等方面有十分积极的意义。2020年12月,曾经全球的阿雷西博天文台一夜之间坍塌,全球有能力将测控区间由地球同步轨道延伸至太阳系的天文台,只剩下“天眼”了。

3、世界首座高铁跨海大桥——福厦高铁泉州湾跨海大桥

一直以来,被称为“基建狂魔”,一些海外专家团队搞不定的工程项目,在工程师的坚持不懈下一一实现,惊艳了全球,比如赫赫有名的港珠澳大桥。而今年,又为世界桥梁领域添了一里程碑式工程——福厦高铁泉州湾跨海大桥。

福厦高铁泉州湾跨海大桥是全球座高铁跨海大桥,它全长20.3公里,主跨400米,目前已经完成了封顶作业。另外,它的设计行车时速达350公里,刷新了世界桥梁记录。

福厦高铁泉州湾跨海大桥预计2022年正式通车,这个基建大神,又要惊艳全球了!

4、高速磁浮试验样车成功试跑

2020年6月21日,由中车四方股份公司研制的时速600公里的高速磁浮试样车,在上海同济大学磁浮试验线上成功试跑,标志着初步掌握了超高速列车的设计能力。

项目负责人表示,目前国内高铁的设计时速为350公里,民航飞机一般在800-900公里,设计时速600公里的高速磁浮,可以填补它们两者之间的这段速度空白区间,提供更加灵活的出行方案。高速磁浮在时效性、舒适性、性价比方面优势明显,市场潜力不容小觑。

5、北斗卫星导航系统全面建成开通

1994年,北斗项目正式启动,一开始打算和欧洲的伽利略合作,不料对方收了钱却封锁技术。孙家栋等院士一拍桌子,这口气不能忍,我们自己做!前后花了26年的时间,北斗人研发芯片开发系统,打造出全球的导航系统。

2020年6月23日,北斗三号第55颗卫星顺利进入预定轨道,人迎来属于自己的全球定位系统。截至今年7月,全球已有137个和地区与北斗系统签下了合作协议。

北斗导航系统度可以达到20cm以内,远超美国的GPS。值得一提的是,北斗系统自带短报文通信功能,极端条件下手机无法使用,可以利用该功能与外界取得联系,这也是GPS不具备的。

6、神威·太湖之光超级计算机首次模拟千万核心并行运算

超级计算机是衡量一个科技实力的重要指标之一,各国都把它视为国之重器。历史上我国曾长期扮演陪跑的角色,没有任何话语权。为了补齐这一短板,投入了大量资金和人才自主研发,神威·太湖之光就是典型的一台创造的超级计算机。

神威·太湖之光由40个运算机柜和8个网络机柜组成,它的运算能力高达每秒12.54京,曾连续4年斩获全球超级计算机500强,在舞台享有非常高的知名度。

2020年7月,科大在“神威·太湖之光”上首次实现千万核心并行性原理计算模拟。这一研究成果表明,借助当代的计算方法和世界高性能计算平台,大体系、长时间的高精度性原理材料模拟已成为现实。

7、三代核电技术“国和一号”研发完成

随着环保意识的逐渐提升,各国开始寻求用清洁能源代替传统发电。相比之下,核电是理想的解决方案,转化率优势明显。不过,安全问题一直是核电绕不开的技术焦点,而率先攻克了这一难题。

2020年9月28日,电力投资宣布,自主研发的三代核电技术“国和一号”完成研发,接下来将进入商用环节。据悉,“国和一号” 采用“非能动”安全设计理念,单机功率达到150万千瓦,代表目前全球的核电水平。

“国和一号”预计每小时可以为电网提供150万度电,一年算下来单台机组可以满足2200万居民的用电需求,减少碳排放900万吨。

8、量子计算机“九章”成功研制

传统计算机使用二进制,也就是0和1,在运算一些极其复杂的科研项目时效率特别低。因此,量子计算机应运而生,可以简单地理解为它是高进制的处理器,通过控制光量子提高运算速度。

2020年12月4日,科学技术大学潘建伟传来一个好消息,自研的76个光子的量子计算机“九章”成功问世,刷新全球量子计算的速度记录。在此之前,这项记录一直被谷歌的“悬铃木”保持。以经典的计算玻色采样问题为例,处理100亿个样本,九章只需要10小时,而谷歌“悬铃木”需要20天。

9、新一代“人造太阳”首次放电

2020年12月4日,新一代“人造太阳”——环流器二号M装置在成都正式建成并实现首次放电。标志着我国自主掌握了大型先进核聚变装置的设计、建造、运行技术。

什么是核聚变?简单地说,就是两个小质量原子聚合成一个大质量原子,并释放巨大能量的过程,这也是太阳的工作原理。理论上只要实现可控的核聚变反应,就可以模拟出一个“人造太阳”。

当然了,这个技术门槛相当高,需要满足三点:一是温度超过一亿摄氏度;二是密度足够高;三是等离子体在有限的空间里被约束足够长时间。而我国自主设计的新一代托卡马克装置同时满足了三点要求,因此它的首次放电,意味着人离“人造太阳”不远了。

10、嫦娥五号成功采样月球样本

2020年11月24日,嫦娥五号在文昌航天发射场顺利升空并进入预定轨道,它肩负着一个非常艰巨的任务:完成历史上次月表取样返回。在此之前,全球只有美国和做到了。

12月2日,嫦娥五号顺利完成月表采样和封装,成为全球第三个攻克这项技术的。当鲜艳的闪耀在月球表面的那一刻,无数国人热泪盈眶,这一刻等太久了。

九章量子计算机问世 什么是量子霸权?量子计算为啥这么快

随着九章量子计算机的问世,全网也是被量子计算刷屏,同时也有很多网友进行了解释,但是打开文章一看,一脸大写的懵!什么是量子计算机,什么是量子霸权,那为啥量子计算这么快呢?

要了解这一点,我们就必须知道传统计算机是怎么工作的。

现在大家用的计算机,也就是通用计算机,它是基于二进制进行计算的,也就是它只认识0和1这两种,所以在计算机的层数据都是利用 二进制 来编码的

举个简单的例子,十进制中我们的数字1-10,在二进制中表示就是

1=1

2=10

3=11

咱们以此类推,不然该说我水文章了

所以只要位数足够大,我们就可以表示出很大的数字

那么计算机是如何具体的表示二进制中的0和1呢?

就像是灯泡,通电就表示1,没通电就表示0

那么像这样的一个灯泡,我们就叫做一个比特(bit),这就是咱们目前传统计算的小计算单元

当然了,也没我说的这么简单,传统计算机也还是很复杂的

那么量子计算机是怎么来表示数的呢?

传统计算机叫经典比特,量子计算机当然叫量子比特了!

问题来了什么是量子比特呢?他是具有某个量子态的系统,量子系统中一个神奇现象就是,他是经典状态的叠加态。

还是拿灯泡举例,灯泡无非就是两种状态,一种是通电亮了,一种是不通电不亮,在任意时刻就只能是其中一种。

而量子比特就有所不同,他可以同时处在亮也不亮的状态的,所以每一个量子比特的叠加态实际上可以表示无数种状态。

既然已经知道了计算的小单位,那么我们来举一个例子,来说明量子计算和传统计算的区别

说有一个黑盒子,左边伸出1000根绳子,右边也伸出1000根绳子,但其实 只有1根绳子是连通 的,请问,你该如何找到这根连通的绳子呢?

需要尝试1000 1000次,也就是要 100万次 才能找到。

但如果用量子计算机解决这个问题,就简单多了。

刚刚我们说过,量子比特的存储是所有可能的数字叠加在一起存储的。那么从1到1000,其实就只是一组量子比特而已。也就是说,只需要一次计算,量子计算机就同时把所有的可能都考虑进去了。它可以一次性地找到那根连通的绳子。通过并行计算,实现了100万倍的效率提升。

是多么?

NoNoNo

这是2012年美国的物理学家John Preskill提出的一个概念,本意是指,如果我们某一些特定的计算问题上,量子计算相比较于传统计算体现出的优势,那么就是量子霸权。

所以这次我国的九章计算机解决的就是高斯玻色采样问题

那么到这里就会有人不禁想问了,既然量子计算机这么厉害,那我们现在用的计算机是不是马上就得淘汰了?

不要怕不要怕,这还远着呢!刚刚我们说过了量子计算机是解决特定的问题,等到什么时候可以大规模集成量子比特,就像传统计算机里的晶体管一样,通用量子计算机出现的时候,那说不定可以淘汰了

不过“九章”的问世是对量子计算来说是一个巨大的鼓舞,未来可期。

实现“量子霸权”:了不起的“九章”计算机

近日,我国在量子计算领域取得了里程碑式的突破。科学技术大学宣称该校学者潘建伟带领的团队成功构建了76个光子的量子计算原型机“九章”,实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解。这一成果牢固确立了我国在量子计算研究中的方阵地位。

“九章”为何这么快?

“九章”的计算之快源于其计算形式。量子计算机与我们平时接触到的普通计算机的计算形式不同。普通计算机通过电路的开与关来进行计算,单位信息比特只有1和0两种形式,一些更复杂的运算作则是通过多位信息的逻辑运算实现的。

而量子计算机使用粒子的状态作为计算形式,由于粒子能够同时处于多种状态,因此量子计算机的单个比特可以承载更多的信息。在“九章”中使用的量子载体为光子,光子除了亮和灭两种形态以外,还存在不同的偏振态,因此,一个光子能够表达的不仅是0和1两种状态,含包括两者组合叠加的多样结果。粒子的使用使得量子计算机的运算速度能够突破电路性能的限制,得到了极大程度的提升。

利用量子天然具备的叠加性,量子计算机得以施展并行计算的能力。随着比特数的增加,信息的存储量和运行速度将以指数形式增长,这是普通计算机难以企及的。

不过,需要明确的是,“九章”目前还不算是真正的“量子计算机”,而是“量子计算原型机”。此前潘建伟院士曾表示,通用量子计算机的问世可能还需要15-30年的时间。目前“九章”还不能进行通用运算,只能作为计算“高斯玻色采样”的实验设备,辅助传统计算机进行运算。

据悉,“九章”初步将被应用于量子化学以及图论中组合数学的研究中去,后续可能被用于机器学习的研究。“九章”的实际应用还需要更多更有效的 探索 。

“九章”的构建之路

目前,研制量子计算机已成为世界 科技 前沿的挑战之一。潘建伟团队一直在光量子信息处理方面处于领先水平。早在2017年,该团队就聚焦于量子点光源,构建出了世界首台超越早期经典计算机的光量子计算原型机。

在2019年,该团队又更进一步,在光子数和计算复杂度等关键指标上实验大幅度提升,逼近“量子计算优越性”。而这次,潘建伟团队通过自主研制同时具备高效率、高全同性、极高亮度和大规模扩展能力的量子光源,终突破了光子效能的瓶颈,成功构建了“九章”。

在“九章”的构建之路上,该团队经历的困难远超想象,该设备对锁相精度的要求高达十的负九次方。团队中的陆朝阳曾这样描述他们遇到的难题,“我们需要50路光子同时通过20多米的光层,每一路都要保持25纳米的精度,这相当于你让50匹马一起跑过100公里,必须同时到达,每匹误,不能超过一根头发丝。”这样的形容充分说明了“九章”成果的来之不易。

值得一提的是,此次“九章”的研发团队中有四位90后成员,期中年龄小的一位成员1997年出生,这也让我们切实地看到了“后浪”的力量。在这些年轻的新力量的推动下,建设世界 科技 强国,未来可期。

实现“量子霸权”

“九章”的成功研发也意味着我国实现了“量子霸权”。所谓量子霸权,也称量子计算优越性,是指量子计算装置在特定测试案例上表现出超越所有经典计算机的计算能力。实现量子霸权是量子计算发展的重要里程碑,这确立了我国在量子计算研究中的方阵地位。

量子计算机强大的并行运算能力,可以推动密码破译、材料设计、物分析等具有重大使用价值难题的解决,加速 科技 进步。量子计算机的未来是人类 科技 前进的一个方向,而“九章”的出现给予了世界发展的希望。

上一个声称实现量子霸权的是来自美国的谷歌公司,他们于2019年研发了使用53个量子比特的量子计算机“悬铃木”。但与“悬铃木”相比,“九章”有很大的超越。

首先,通过与快的超级计算机的等效比较,“九章”的计算速度要比“悬铃木”快一百亿倍。除此之外,“九章”有着更强的环境适应性。“悬铃木”对于运行环境有着很高的要求,需要在零下273.12摄氏度下运行,但“九章”只有探测部分需要低温环境,其他部分在室温环境下也可以运行。这意味着“九章”的使用更加便利,使用范围也更广。

还有重要的一点是,“九章”弥补了“悬铃木”的技术漏洞。“悬铃木”的运算速度与样本数量有着紧密的练习,“悬铃木”的运算速度只有在小样本的情况下才优于超级计算机。而“九章”的运算能力不依赖于样本数量,不管样本多大,都能保持了优越的运算速度。这也是为何“九章”的出现能在世界范围内引起如此大的轰动,许多外国科学家都对“九章”表示了肯定,并对发明团队表达了敬意。

不过潘建伟也表示,“量子霸权就是碾压一切”的观点是错误的。他认为,“量子优越性实验并不是一个一蹴而就的工作。而是更快的经典算法和不断提升的量子计算硬件之间的竞争,但终量子并行性会产生经典计算机无法企及的算力。”

九章问世,世界!但量子计算机距离我们的生活还有多远?

作者:佰思科学 沈东旭 邱亚明

2020年12月4日, 科技 大学宣布,九章量子计算机问世。九章的意义有多大?对我们的生活能带来什么样的影响?让我们一起来检视这些问题。

通过量子实现通用技术的想法,由美国科学家理查德·费曼等人在上世纪八十年代初提出来的。 在某些领域, 量子计算机有着比传统计算机巨大的优势。比如的质因数分解问题,就是如何把整数分解成质因数的乘积,Peter Shor早证明了,使用量子计算,能比传统计算机快很多。原因是什么呢?

量子计算机利用了量子的特性,比如叠加与纠缠,这些都是传统计算机所做不到的。 传统计算机里,存储器就两个状态,0或者1;而量子计算机,由于量子叠加原理,存储器可以同时拥有0和1两种状态。当有N个存储器的时候,可以存储2^N(2的n次方)个状态。因此量子计算机能同时对2^N(2的n次方)个数进行运算,而传统计算机必须进行2^N个(2的n次方)作,或者有2^N(2的n次方)个处理器进行并行处理才行。这样量子计算机在处理某些并行算法方面比传统计算机有着巨大的优势。

从本质上来说,量子计算机和传统的电子计算机都是图灵机的具体实现方式。所谓的图灵机模型,由图灵于1935年提出。简单来说就是一个执行机构,能根据输入和自己当前的状态决定下一个状态及输出。人类目前的计算设备都属于图灵机。 因此,量子计算机能解决的问题,传统计算机都能解决;反之亦然。实际上,现在还不知道哪些问题属于量子计算机能解决而传统计算机无法解决的。

另一方面,不是所有的传统算法都能通过量子计算机实现加速。 举个简单的例子,1+1=2,从算法角度来说就没法加速。就算对能加速的算法,在量子计算机上也有其加速上限,具体速度提升与算法相关。

这次九章的核心意义,在于真正确立了量子霸权,也叫量子优越性(quantum supremacy)。 所谓的量子霸权,是美国加州理工John Preskill在2012年造出来的一个词,意思是量子计算机首先要在某些特定算法上无可置疑地超过传统计算机。可以说,实现量子霸权是量子计算领域的一个里程碑,只有证明了量子计算的确有超过传统计算机的实力,哪怕只是在某些特定算法方面,量子计算才有它的发展意义。

实际上,之前有些人并不认可量子计算机真的比传统计算机有优势。还以质因数分解问题为例。截止2020年,使用传统计算机,任意整数的质因数分解做到了829比特。 质因数分解是加密算法中的RSA算法的基础。 RSA算法可以算得上是当今加密体系的根基,主要用于分发密钥,其意义十分重大。 到829比特的整数,大致相当于了RSA-,即位十进制数。现在RSA加密,起码需要1024比特长度的密钥才有基本的安全性,要求高一点的场合得用2048比特。如果有需要的话,RSA算法甚至可以提升到4096比特。传统计算机在可以预期的未来都不能使RSA算法失效。

比如之前说过的Shor算法,2001年IBM在量子计算机上用Shor算法分解了15=3x5。现在Shor算法的世界纪录是2019年IBM使用Q System One分解了35。Q System One是世界上个基于电路的量子计算机。堂堂IBM实现的量子计算机,在质因数分解方面,只不过相当于小学二年级上学期学完乘法表的小朋友的水平,你说可气不可气。

使用其他方式,比如NMR(nuclear magnetic resonance)和量子退火技术(quantum annealing),目前量子计算机能分解的整数是1,099,551,473,989,只不过13位而已。在据认为比传统计算机有优势的质因数分解领域,量子计算机比传统计算机达到的水平都得很远,难怪有人对量子计算机并不服气。

量子计算之所以如此不给力,主要是量子比特的状态容易出错,造成量子比特的数量不够,从而表现不出量子计算的优越性。 一般认为,量子比特需要达到50到100之间才能超越传统计算机,建立量子霸权。

2017年,IBM宣布用超级电脑实现了对56个量子比特的模拟。换句话说,要想实现量子霸权,门槛被提升到了56个量子比特以上。2019年,谷歌宣布实现了量子霸权,在54个量子比特中53个可用。不过IBM表示不服,说用传统计算机也能达到同等级的性能。 总之,谷歌宣称的量子霸权是有争议的,没有得到业界的广泛认可。

这次九章的成就,在于实现了远超当前超算能够模拟的水平,可以说毫无争议地实现了量子霸权。九章的76个光子,等效于76个量子比特,远超IBM的超算模拟56个量子比特门槛,所以IBM也没话可说了。 如退回到二十年前,很多人认为量子计算机根本做不出来。到了今天,大家所争论的已经是量子计算机到底能不能超过传统计算机。 现在实现量子霸权这个世界被人摘取了,其意义自然是非凡的。

当然,我们要清醒地认识到,当前的量子计算机只是在某些特定领域比传统计算机有优势。 比如九章,在求解5000万次高斯玻色采样问题时,需时200秒。传统计算机处理玻色采样问题是比较困难的,因为模拟要考虑的因素和参数太多。当前强的超级计算机,日本的富岳,解同样的问题需要6亿年。但如你说九章比富岳快1百万亿倍,那是不对的。只是在某个具体算法上快这么多,其他多数算比富岳慢得多。

为什么在某些特定算法能快上这么多倍呢? 量子计算机在构建的时候,是基于某种物理系统的。 在求解特定问题时,比如玻色采样,可以类比成做物理实验,则求解的时间相当于做实验的时间。玻色采样本来就是对光子(光子属于玻色子)做的,而九章又基于光来实现量子计算, 因此所谓的求解玻色采样问题跟做物理实验没啥本质区别。这相当于硬件模拟的蒙特卡洛实验,速度快是自然的。

举个浅显的例子。用超级计算机,哪怕模拟简单的化学实验,通过计算求出化学反应结果,都是很困难的。但你用两个,把两种试剂一混合,过了一会就出结果了。然后你宣称,你研发的化学计算机比超算牛多少倍。但显然不能这么说,超算能做的很多事你这两个化学根本做不了,这样类比本身就有问题。

就算传统计算机,由于系统配置的原因,在执行某些算法时效率很高,其他算法时效率不高,这都是很正常的事情。比如CPU和GPU在计算能力上的异,不能简单地说孰优孰劣,只能说它们各有千秋,各有各的适用范围。

2017年,潘建伟团队构建的光计算机执行通用算法时,能超过ENIAC的水平。制造于1946年的ENIAC是世界上台实用的电子计算机,到了今天任何一款芯片的算力都远超ENIAC。 现在的量子计算机还在和ENIAC做对比,你可以想象今日的量子计算机还多么的原始。如以从猿到人的过程来形容量子计算的发展状态的话,当下的量子计算机不过刚刚学会了直立行走。要想在人类 中发挥重要的作用,量子计算机需要拥有至少上百个甚至数百个量子比特才行。

总之,量子计算走向实用,还有很长、很长的路要走。但是无论如何,九章的问世,代表了在量子计算领域,真正走在了世界的前头,可喜可贺!

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