【每日科技網(wǎng)】 近日，由中國科技大學(xué)潘建偉、陸朝陽等學(xué)者組成的研究團(tuán)隊與中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所和信息技術(shù)研究所、國家并行計算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，構(gòu)建了76臺光子量子計算原型機(jī)九章。計算玻璃采樣問題，九章處理5000萬個樣本只需200秒，現(xiàn)在世界上最快的超級計算機(jī)需要6億年。
這是我國實現(xiàn)量子計算優(yōu)勢，這一突破也使我國成為世界第二個實現(xiàn)量子優(yōu)勢的國家。12月4日，《科學(xué)》雜志公布了這一成果。
難點(diǎn)很多。
在設(shè)備的自主研發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新上下功夫。
九章是中國古代數(shù)學(xué)專著九章算術(shù)，也是中國在國際量子計算研究中確立第一方陣地位的量子計算原型機(jī)，兩者都有里程碑的意義。
所謂量子計算優(yōu)勢，就是指作為新生事物的量子計算機(jī)，一旦某個問題上的計算能力超過了最強(qiáng)的傳統(tǒng)計算機(jī)，就證明了量子計算機(jī)的優(yōu)勢，未來在多方面超過了傳統(tǒng)計算機(jī)的門檻。
這將實驗各方面的技術(shù)推向遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以前的水平。澳大利亞昆士蘭大學(xué)教授蒂姆·拉夫說:該設(shè)備規(guī)模優(yōu)異:100模式干涉儀，25個壓縮機(jī)提供輸入量子狀態(tài)，使用100個單光子探測器進(jìn)行探測，同時保持高效率，穩(wěn)定性和量子不可分辨性
從20光子輸入60模式干涉線路的玻璃取樣，到76光子100模式的高斯玻璃取樣，必須在設(shè)備上下功夫。最初，高效率100通道超導(dǎo)納米線單光子探測器性能低，只有4%。我們與中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所合作，自主開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新，目前性能提高到98%。陸朝陽表示，不斷加強(qiáng)量子光源、量子干預(yù)、單光子探測器等領(lǐng)域的自主創(chuàng)新，是下一步研究的重點(diǎn)。
利用量子器件解決越來越復(fù)雜的問題，體現(xiàn)量子的優(yōu)勢，是量子科學(xué)前沿最重要的問題之一。美國科學(xué)院院士、沃爾夫獎得主、迪拉克獎?wù)碌弥鞅说?middot;佐勒認(rèn)為，潘建偉團(tuán)隊的研究在量子系統(tǒng)的大小和擴(kuò)展性、實際應(yīng)用前景方面將研究水平提高到了新的高度。
意義非凡。
在不增加能源消耗的基礎(chǔ)上，提高計算能力。
大數(shù)據(jù)時代，全球數(shù)據(jù)量呈指數(shù)增長，每兩年翻一番。如果不提取巨大的數(shù)據(jù)，就沒有意義。潘建偉說。目前，計算機(jī)傳統(tǒng)發(fā)展模式受到限制，超級計算機(jī)能耗大。在潘建偉看來，九章出現(xiàn)的意義是在不增加能源消耗的基礎(chǔ)上提高計算能力。
目前，開發(fā)量子計算機(jī)已成為世界科學(xué)技術(shù)的挑戰(zhàn)之一，是世界競爭的焦點(diǎn)。去年，谷歌公司推出了53臺超導(dǎo)量子比特電腦懸鈴木，數(shù)學(xué)算法的計算效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)時世界上最快的超級電腦，率先實現(xiàn)了量子優(yōu)勢。九章實現(xiàn)了高斯玻璃取樣任務(wù)的快速解決。
處理5000萬個樣本的高斯玻璃取樣問題，九章只需200秒，現(xiàn)在世界上最快的超計算需要6億年，處理100億個樣本，九章需要10小時，超級計算機(jī)需要1200億年。正如陸朝陽所說，九章在一分鐘內(nèi)完成了經(jīng)典超級計算機(jī)一億年內(nèi)完成的任務(wù)。
在量子計算機(jī)的研究中，國際同行認(rèn)為有三個指標(biāo)發(fā)展階段:第一階段是發(fā)展具有50~100個量子比特的高精度專用量子計算機(jī)，實現(xiàn)計算科學(xué)中量子計算優(yōu)勢的里程碑；第二階段是開發(fā)數(shù)百個量子比特相關(guān)操作的量子模擬機(jī)，以解決一些超級計算機(jī)無法適應(yīng)的重大實用價值問題。第三階段是大大提高可集成的量子比特數(shù)量到數(shù)百萬級，實現(xiàn)容錯量子邏輯門，開發(fā)可編程的通用量子計算機(jī)。
陸朝陽表示，與懸鈴木相比，九章具有運(yùn)算速度快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、克服技術(shù)脆弱性三大優(yōu)勢。懸鈴木只有在小樣本的情況下比超計算快，九章在小樣本和大樣本上超計算，比賽跑得好，谷歌，谷歌的機(jī)器短跑能贏得超計算，長跑不贏我們的機(jī)器短跑，長跑能贏
前景廣闊。
在機(jī)械學(xué)習(xí)、量子化學(xué)等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用。
在合肥，量子計算機(jī)九章幾乎占據(jù)了半個實驗室，包括成千上萬的零件。目前，九章和懸鈴木一樣只能解決某些特定問題。潘建偉認(rèn)為，這是因為目前可用于建設(shè)量子計算機(jī)的材料有限，世界正朝著少數(shù)方向努力。未來量子計算機(jī)的突破，可能依賴于新材料在量子計算硬件上的創(chuàng)新。
如今，基于九章的高斯玻璃取樣算法在圖論、機(jī)械學(xué)習(xí)、量子化學(xué)等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用，將是后續(xù)發(fā)展的重要方向。潘建偉團(tuán)隊表示，盡管九章的計算能力驚人，但在量子計算的第一階段樹立了里程碑。希望通過15年到20年的努力開發(fā)通用量子計算機(jī)，解決密碼分析、氣象預(yù)報、藥物設(shè)計等應(yīng)用非常廣泛的問題。潘建偉說。
《科學(xué)》雜志審查員評價，這是進(jìn)的實驗重大成果。量子優(yōu)勢實驗驗不是一蹴而就的工作，而是更快的經(jīng)典算法和不斷提高的量子計算硬件之間的競爭。但最終，量子并行性會產(chǎn)生古典計算機(jī)無法企及的計算能力。潘建偉隊希望這項工作能激發(fā)更多古典算法模擬工作。