“九章”量子計(jì)算機(jī)的里程碑意義 確立我國(guó)在國(guó)際量子計(jì)算研究領(lǐng)域領(lǐng)先地位

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)宣布，該校潘建偉團(tuán)隊(duì)與中科院上海微系統(tǒng)所、國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，成功構(gòu)建76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，求解數(shù)學(xué)算法“高斯玻色取樣”只需200秒，而目前世界最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)要用6億年。這一項(xiàng)研究成果刊發(fā)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志上，審稿人評(píng)價(jià)這是“一個(gè)最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)”“一個(gè)重大成就”。

《九章算術(shù)》是我國(guó)古代著名的數(shù)學(xué)專(zhuān)著，它的出現(xiàn)標(biāo)志著中國(guó)古代數(shù)學(xué)形成了完整的體系。而這臺(tái)以“九章”命名的量子計(jì)算機(jī)同樣具有里程碑意義：這一突破使我國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國(guó)家，牢固確立了我國(guó)在國(guó)際量子計(jì)算研究領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

證明量子優(yōu)越性，被認(rèn)為是量子計(jì)算從理論到實(shí)踐“里程碑的轉(zhuǎn)折點(diǎn)”。何為量子優(yōu)越性?專(zhuān)家表示，“如果量子計(jì)算原型機(jī)，在某個(gè)問(wèn)題上的計(jì)算能力超過(guò)了最強(qiáng)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，就證明量子計(jì)算在未來(lái)有多方超越的可能。”通俗來(lái)講，就是用極端復(fù)雜的問(wèn)題來(lái)考驗(yàn)量子計(jì)算，讓它在實(shí)際應(yīng)用中證明自己的實(shí)力。潘建偉團(tuán)隊(duì)構(gòu)建量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，在室溫條件下運(yùn)行計(jì)算“高斯玻色取樣”問(wèn)題，處理5000萬(wàn)個(gè)樣本只需200秒，而超級(jí)計(jì)算機(jī)則需要6億年;處理100億個(gè)樣本，“九章”只需10小時(shí)，超級(jí)計(jì)算機(jī)則需要1200億年。如此強(qiáng)大的算力，全面超過(guò)傳統(tǒng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，證明了“量子優(yōu)越性”的存在。

作為世界科技前沿領(lǐng)域，研制量子計(jì)算機(jī)是世界各國(guó)角逐的焦點(diǎn)。此前，美國(guó)物理學(xué)家?guī)ьI(lǐng)的谷歌團(tuán)隊(duì)宣布研制出53個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)“懸鈴木”，在全球首次實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”。而相比“懸鈴木”，“九章”有三大優(yōu)勢(shì)：一是速度更快。雖然算的不是同一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題，但與最快的超算等效比較，“九章”比“懸鈴木”快100億倍。二是環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)。三是彌補(bǔ)了技術(shù)漏洞。“打個(gè)比方，就是谷歌的機(jī)器短跑可以跑贏超算，長(zhǎng)跑跑不贏;我們的機(jī)器短跑和長(zhǎng)跑都能跑贏。”科學(xué)家的比喻生動(dòng)地揭示了“九章”的領(lǐng)先之處。高品質(zhì)光子源、高精度鎖相、規(guī)模化干涉……一項(xiàng)項(xiàng)創(chuàng)新與突破，讓“九章”后來(lái)居上。

“九章”只是在量子計(jì)算第一階段樹(shù)起了一座里程碑，未來(lái)的路還很長(zhǎng)。一方面，無(wú)論是谷歌的“懸鈴木”處理“隨機(jī)線路取樣”，還是“九章”求解“高斯玻色取樣”，都只能用來(lái)解決某一個(gè)特定問(wèn)題。另一方面，目前可用來(lái)搭建量子計(jì)算機(jī)的材料有限，未來(lái)量子計(jì)算機(jī)的突破，更有可能依賴于新材料在量子計(jì)算硬件上的創(chuàng)新。科學(xué)家團(tuán)隊(duì)表示，“希望能夠通過(guò)15年到20年的努力，研制出通用的量子計(jì)算機(jī)，用以解決一些應(yīng)用非常廣泛的問(wèn)題，比如密碼分析、氣象預(yù)報(bào)、藥物設(shè)計(jì)等等，同時(shí)也可以用于進(jìn)一步探索物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)領(lǐng)域的一些復(fù)雜問(wèn)題。”

任何重大科技創(chuàng)新從來(lái)都不是輕輕松松實(shí)現(xiàn)的。我國(guó)之所以能夠在量子科技領(lǐng)域取得一大批具有國(guó)際影響力的重大創(chuàng)新成果、實(shí)現(xiàn)從“跟跑”到“并跑”“領(lǐng)跑”轉(zhuǎn)變，離不開(kāi)未雨綢繆的戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，更有賴于科學(xué)家和科技工作者奮起直追、埋頭苦干。不畏艱難險(xiǎn)阻、勇攀科學(xué)高峰，在量子科技領(lǐng)域再取得一批高水平原創(chuàng)成果，中國(guó)科學(xué)家定能創(chuàng)造更多令世人刮目相看的成績(jī)。