“九章”确立的“量子计算优越性”有多厉害
“九章”的成果， 就是实现了量子计算优越性 。 “量子计算机在某个问题上超越现有的最强的经典计算机， 被称为‘量子优越性’或者叫‘量子霸权’ 。 ”
袁岚峰随后解释说， “实际上， ‘量子霸权’是一个科学术语， 跟国际政治无关 。 它指的是量子计算机在某个问题上远远超过现有的计算机 。 ”
基于量子的叠加性， 许多量子科学家认为， 量子计算机在特定任务上的计算能力将会远超任何一台经典计算机 。 2012年， 美国物理学家John Preskill将其描述为“量子计算优越性”或称“量子霸权” 。 2019年， 谷歌第一个宣布实现了量子优越性 。 他们用的量子计算机叫作“悬铃木”， 处理的问题大致可以理解为：判断一个量子随机数发生器是不是真的随机 。
“谷歌造出的‘悬铃木’包含53个量子比特的芯片， 花了200秒对一个量子线路取样一百万次， 而现有的最强的超级计算机完成同样的任务需要一万年 。 200秒对一万年， 如果这是双方的最佳表现， 那么确实是压倒性的优势 。 ”袁岚峰说， “九章”跟“悬铃木”的区别， 一是处理的问题不同， 二是用来造量子计算机的物理体系不同 。 “九章”用的是光学， “悬铃木”用的是超导 。 “这两个没有孰优孰劣， 只是不同的技术路线 。 ”
“‘九章’在同样的赛道上， 比‘悬铃木’快一百亿倍， 这就是等效速度， 也意味着我国在量子计算上实现了‘量子霸权’” 。 袁岚峰进一步解释说， “九章”的成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的“第一方阵”地位 。 这是因为有“悬铃木”在前， “九章”毕竟是第二个， 所以只是说中国跟美国相差不远 。 “而在量子通信方面， 我们就不说什么‘第一方阵’了 。 因为那里没有方阵， 中国明确是世界最先进的 。 ”
何谓高斯玻色取样
所有的报道中都提到， “‘九章’处理‘高斯玻色取样’的速度比目前最快的超级计算机‘富岳’快一百万亿倍” 。 那么， 什么是高斯玻色取样？
“玻色取样是用来展示量子计算优越性的特定任务中的一项， 一直被科学家寄予厚望 。 ”袁岚峰说， “大致可以理解为， 一个光路有很多个出口， 问每一个出口有多少光出去 。 ”
由于量子力学赋予了光子很多匪夷所思的性质， 使得光子的不同路径之间， 不但可以相互叠加， 也可以相互抵消， 具体结果视情况而定， 非常复杂 。 “在面对这样的难题时， 玻色取样装置就有了用武之地 。 由于它像计算机一样， 能够在较高的精度上解决特定的数学问题， 同时又应用了光子的量子力学特性， 所以可以称作是一种‘光量子计算机’ 。 ”袁岚峰说 。
此次， 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， 成功研制出的“九章”， 和之前的玻色取样机的主要区别， 在于输入的光子状态， 也就是对从前的“玻色取样”装置进行升级 。 “玻色取样机输入的是一个个独立的光子， 而‘九章’输入的是一团团相互关联的量子光波 。 ”袁岚峰说， 因此， “九章”比经典计算机快很多倍， 真正体现出了“量子计算优势” 。
量子计算机要不要装系统
“量子计算机本身就是一套‘系统’ 。 ”中国科学技术大学林梅教授说， 独立的光学组件提供了硬件， 复杂的光路结构则决定了它的“算法” 。 “例如， 以光子作为量子比特的量子计算机， 需要能够产生光子的单光子源， 能够改变光子状态、完成‘算法’的特定光路结构， 还需要单光子探测器对光子的最终状态进行观测 。 ”
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