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比美国快100亿倍,中国量子计算机赢得霸权!外媒:向中方致敬!

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  据新华社12月4日报道,中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与国内合作,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。其运算速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍,比去年谷歌发布的53个超导比特量子计算原型机“悬铃木”快一百亿倍。这一成果使得我国成功达到了量子计算研究的第一个“量子霸权”。对此,创造“高斯玻色取样”任务的美国科学家斯科特·阿伦森向外媒表示:要向中国科学家脱帽致敬!


  在过去的几年里,量子计算已经从一个默默无闻的科学名词成长为一个价值数十亿美元的“品牌”,因为其对国家安全、全球经济以及物理学和计算机科学基础的重大影响而具有重大的战略价值。2019年,美国国家量子倡议法案签署成为法律,美国将在未来10年内在量子技术上投资超过12亿美元。这一领域也得到了相当多的炒作,媒体上出现了夸张的说法称量子计算机将使经典计算机完全过时。


  但实际上,算上中国这台最新的量子计算原型机“九章”,量子计算机距离真的取代经典计算机还有很大的距离。如果看看上面“九章”的照片(上图),我们就会发现它和现有的计算机存在巨大的差别,什么显示器、键盘、鼠标我们都看不到。我们熟知的芯片和电路,在这里变成了光路和光量子。实际“九章”量子计算原型机是一种专用量子计算机,就是为了专门解决“高斯玻色取样”任务。在这个领域,他比传统的超算机快一百万亿倍。但是如果是玩王者荣耀,“九章”就不行了。


  和美国的谷歌公司在2019年宣布“悬铃木”量子计算机相比,九章也有很大的不同。“悬铃木”量子计算机由钢和黄铜构成,内部结构像 “枝形吊灯” 一样交织缠绕。该装置是一台增压式制冷机,每下降一层,它的温度就会更低一些。装置底部的温度保持在绝对 0℃ 以上。“悬铃木”量子计算机当时宣称用 53 个量子位就在短短几分钟时间内完成了一项高难度计算任务,当时超算的 计算1 万年也不可能完成。但IBM随后质疑谷歌的计算有误,传统计算机只需几天就能实现,但谷歌没有回应。

  和我国的九章相比,美国谷歌“悬铃木”量子计算机各有优势。美国“悬铃木”量子计算机的优势,就是一种通用量子计算机原型机。这是量子计算机发展的终极目标。在2020年,“悬铃木”量子计算机就模拟了化学反应,为进行大型量子化学模拟、创造新的化学物质奠定基础。而九章目前就不能做这样的计算,而九章的优势,第一是可以常温运行,不用像美国计算机需要维持超导低温,适应性更好。


  第二是九章不依赖采样数量,而美国“悬铃木”量子计算机则受限于采样数量,采样数量越多,“悬铃木”计算机的优势就越小,采样过多的话量子计算机的优势反而成为劣势。第三就是“九章”输出量子态空间规模达到了10的30次方,相比之下“悬铃木”量子计算机输出量子态空间规模只有10的16次方。


  而且更重要的是,尽管“九章”量子计算原型机是一种专用量子计算机,不是通用量子计算机,但“九章”具备向通用量子计算发展的潜能,高斯玻色取样算法在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用。美国自然杂志在采访加拿大一家同样研究光量子计算机的专家克里斯蒂安·韦德布鲁克就表示,九章的光子电路目前还不是可编程的,所以在这一点上“它不能用来解决实际问题,但如果团队能够制造出足够高效的可编程芯片,几个重要的计算问题就可以解决。其中包括预测蛋白质如何相互对接以及分子如何振动。


  而美国《科学美国人》网站采访到了创建“高斯玻色取样”算法的美国理论计算机科学家斯科特·阿伦森,请他谈谈对中国九章量子计算机的看法。斯科特·阿伦森表示,从2011年他和学生亚历克斯·阿希波夫建立“玻色取样”算法后,多年来实验一直停留在探测到3到5个光子的水平上,因为扩大规模很难。斯科特·阿伦森说:“这次中国科学家实现了76个光子的计算,面对这样的成就,我必须向他们脱帽致敬!”

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