200秒隻是短短一瞬，6億年早已是滄海桑田。12月4日，中國科學技術大學宣布該校潘建偉等人成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”，求解數學算法高斯玻色取樣隻需200秒，而目前世界最快的超級計算機要用6億年。這一突破使我國成為全球第二個實現“量子優越性”的國家。

“量子優越性像個門檻，是指當新生的量子計算原型機，在某個問題上的計算能力超過了最強的傳統計算機，就證明其未來有多方超越的可能。”中科大教授陸朝陽說，多年來國際學界高度關注、期待這個裡程碑式轉折點到來。

去年9月，美國谷歌公司推出53個量子比特的計算機“懸鈴木”，對一個數學算法的計算隻需200秒，而當時世界最快的超級計算機“頂峰”需2天，實現了“量子優越性”。

近期，潘建偉團隊與中科院上海微系統所、國家并行計算機工程技術研究中心合作，成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”。

實驗顯示，當求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣時，“九章”需200秒，而目前世界最快的超級計算機“富嶽”需6億年。等效來看，“九章”的計算速度比“懸鈴木”快100億倍，并彌補了“懸鈴木”依賴樣本數量的技術漏洞。

據悉，潘建偉團隊這次突破曆經20年，主要攻克高品質光子源、高精度鎖相、規模化幹涉三大技術難題。

“比如說，我們每次喝下一口水很容易，但每次喝下一個水分子很困難。”潘建偉說，光子源要保證每次隻放出1個光子，且每個光子一模一樣，這是巨大挑戰。同時，鎖相精度要在10的負9次方以内，相當于100公裡距離的傳輸誤差不能超過一根頭發直徑。

與通用計算機相比，“九章”還隻是“單項冠軍”。但其超強算力，在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用價值。

12月4日，國際學術期刊《科學》發表了該成果，審稿人評價這是“一個最先進的實驗”“一個重大成就”。

研究量子20多年

“中國的量子之父”是浙江東陽人

潘建偉1970年3月出生于浙江東陽，被譽為“中國的量子之父”。2011年，潘建偉當選中國科學院院士。2012年，他獲得了國際量子通訊獎。2015年，他成為國家自然科學獎一等獎最年輕的第一完成人，當選中國科學技術大學常務副校長。2019年，他獲得了伍德獎。

1987年，17歲的潘建偉放棄了保送浙江大學等高校的機會，選擇了中國科學技術大學近代物理系求學，從此與量子有了不解之緣。

1995年，在聲名顯赫的近代物理系，潘建偉的成績中等偏下，但他憑着一股“倔勁兒”以優異的成績取得了碩士學位。

1996年，潘建偉投入奧地利維也納大學塞林教授門下，攻讀博士學位。

2001年，在導師的不解和反對聲中，潘建偉依然選擇回國，開始建立他夢寐以求的量子物理與量子信息實驗室。

中國量子計算原型機“九章”

算力有多強？

在位于安徽合肥的中科院量子創新研究院，記者看到，最新研制成功的量子計算原型機幾乎占據了半個實驗室，包含上千個部件。經過二十多年研究攻關，科研團隊通過在量子光源、量子幹涉、單光子探測器等領域的自主創新，成功構建了76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機“九章”。

中國科學技術大學教授 陸朝陽：它就采取了由76個光子輸出，然後在100×100的這樣一個目前世界上最大尺度的這樣一個幹涉儀裡面進行幹涉，那麼幹涉的過程其實也是我們計完成計算的這樣一個過程。

“九章”計算速度達超級計算機百億倍

實驗結果顯示，“九章”處理特定問題的速度比目前世界排名第一的超級計算機“富嶽”快一百萬億倍，同時也等效地比谷歌去年發布的53比特量子計算原型機“懸鈴木”快一百億倍，成功實現了量子計算領域的第一個裡程碑——量子計算優越性。

中國科學院院士 中國科學技術大學教授 潘建偉：“九章号”展示了量子計算的強大的算力。我們将把它初步用于量子化學的一些研究，圖論裡面的一些組合數學方面的一些研究，甚至也可以用于一些機器學習的研究，所以它就可以把有些傳統上認為是比較困難的問題，用我們的計算機就可以來做一些有效的有益的探索。

科研團隊介紹，“九章号”量子計算原型機确立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位，為未來實現規模化量子模拟機奠定了技術基礎。随着計算能力的進一步提升，量子計算機将有望在密碼破譯、材料設計、藥物分析等具有實用價值的領域發揮重要作用。

麻省理工學院教授 美國青年科學家總統獎得主 德克 英格倫：我認為這是一個了不起的成就，這是開發這些中型量子計算機的一個裡程碑。

奧地利科學院院長 美國科學院院士 安東 蔡林格：這項工作成果很重要，證明了基于光子的量子計算機也可能實現量子計算優越性。我相信有朝一日量子計算機會被廣泛使用，甚至每個人都可以使用。

擁有并行計算能力 計算速度指數級增加

量子科技，是國際最為關注的前沿熱點之一。如果将傳統計算機的速度比作“自行車”，量子計算機的速度則是“飛機”。量子計算為何具有如此強大的計算能力？“量子計算優越性”究竟是什麼呢？

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态存在。如果說到能量，比如光，一個光子就是一個量子。

中國科學技術大學教授 陸朝陽：量子計算機它是利用量子力學的原理，量子力學它可以允許一個物體同時處于多種狀态，那麼比如說0和1同時存在，它可以做一個原理上叫做并行計算，就是很多個任務可以一起完成，因此它就有了這樣一種超越經典計算機的計算能力。

正是因為具有超快的并行計算能力，量子計算可望通過特定算法實現指數級别的加速。對于量子計算機的研究，科學界公認有三個指标性的發展階段。

中國科學院院士 中國科學技術大學教授 潘建偉：在我們的量子計算裡面，第一個裡程碑性的目标就是要來展示量子計算的優越性。我們在高斯波色采樣實驗當中構建了一個量子計算的原型機，可以比目前最快的超算能夠快10的14次方倍，就相當于我這裡算一分鐘的東西，用“富嶽号”拿來算的話，要算一億年它才能把這個事情給算完，這就是叫做量子優越性。就是我總算可以演示某個功能比傳統的超級計算機算得好了，這樣的話我們就可以進一步地去尋找各種各樣的應用。

潘建偉介紹，将實現量子計算優越性的這台量子原型機命名為“九章”，是為了紀念中國古代最早的數學專著《九章算術》。在“九章”量子原型機的基礎上，研究團隊将通過提高量子比特的操縱精度等一系列技術攻關，力争盡早研制出可編程的通用量子計算原型機。

中國科學院院士 中國科學技術大學教授 潘建偉：希望能夠通過15年到20年的努力，能夠研制出通用的量子計算機，這樣的話它就可以來解決很多非常廣泛的問題了。比如包括密碼分析、氣象預報、藥物設計，探索物理學或者化學生物學裡面的一些複雜的問題。

聲明：轉載此文是出于傳遞更多信息之目的。若有來源标注錯誤或侵犯了您的合法權益，請作者持權屬證明與本網聯系，我們将及時更正、删除，謝謝。

來源： 浙江新聞