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量子计算机——九章:中国量子领域的一次重大突破

来源:西南科技大学文学与艺术学院 作者:星海

12月4号凌晨,中国科学技术大学的潘建伟、陆朝阳团队成功构建了76个光子的量子计算原型机“九章”,实现了“高斯玻色取样”的快速求解。这一里程碑的突破直接让我国在信息技术、计算机和数学领域成为全球第二个实现“量子优越性”的国家,相关论文同期在国际学术期刊《科学》上发表。

量子计算机,简单地说,它是一种可以实现量子计算的机器,是一种通过量子力学规律以实现数学和逻辑运算,处理和储存信息能力的系统。相关实验表明,“九章”处理特定问题的速度比当前世界排名第一的超级计算机“富岳”要快一百万亿倍,同时也比谷歌去年发布的53比特量子计算原型机“悬铃木”快一百亿倍。但是九章目前只能处理玻色采样问题(当n个完全相同玻色子经过线性变换器之后,求特定分布的输出概率。),或者可以计算和积式(通过“九章”计算机反推出的一个公式)。

与谷歌2019年建造的量子计算机“悬铃木”不同的是,“九章”用的是光学,“悬铃木”用的是超导。 而且“九章”是用于求取每一个光子落在每一个光路上的概率问题,“悬铃木”计算机是用于判断一个量子随机数发生器是不是真的随机。在研发量子计算机“九章”的时候有一个难点:“如果一路的光相位(光子的相对位置)总是抖动,彼此之间相位差就会不稳定,也就观测不到稳定的采样结果。”最后科学家们通过补齐所有的漏洞,让同源的无数干路激光分别走压缩态光所走的路程,并与一个标准参考激光进行比较(通过干涉的方法),实时监测每一路与标准参考光的相位差,并进行微调,这相当于100公里的距离误差要小于一根头发丝。在最终的采样结果里,潘建伟、陆朝阳团队成功构建了76个光子100个模式的高斯玻色采样量子计算原型机。此次“九章”的研制成功,迎来了第一个阶段(对于一些超级计算机无法解决的高复杂度特定问题实现高效求解)的胜利。在这之后,科学家将会致力于研制上百个量子比特的量子计算机。

“九章”计算机目前将会运用于:预测天气预报、药物研制、保密通信等方面。“九章”计算机的诞生可以让技术人员更迅速地计算出详细的气候信息,从而让人们能够提前做好准备,避免大量的经济损失。“九章”计算机在研制新型药物领域也有着极大的优势。一般情况下,量子计算机需要计算出万亿计的分子组成,并且选择出其中最有可能的方法,从而来获取实验成功。而“九章”计算机能够进一步提高人们发明新型药物的速度,降低经济和资源的消耗。更重要的是,由于“九章”能够支撑更加复杂的计算,这便有利于加强自身的安全信息保护。

在接下来的时间里,我们仍然要重视量子计算机的潜力,不断向前发展,争取早日实现大规模普及,造福人类。

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