中國科學(xué)家成功構(gòu)建量子計(jì)算原型機(jī)“九章三號(hào)” 緊隨谷歌全球第二

2023年10月11日，中國科學(xué)家宣布了一項(xiàng)令人振奮的科技成就，他們成功構(gòu)建了一臺(tái)量子計(jì)算原型機(jī)，名為“九章三號(hào)”，這一成就被認(rèn)為是在研制量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一次里程碑。該原型機(jī)的獨(dú)特之處在于其驚人的計(jì)算速度，能夠以比目前全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快一億億倍的速度求解高斯玻色取樣數(shù)學(xué)問題，這為未來的科學(xué)和技術(shù)發(fā)展開辟了嶄新的前景。

這臺(tái)“九章三號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉和陸朝陽等研究團(tuán)隊(duì)，與中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所以及國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心的合作完成。該成果當(dāng)天發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上，引起了廣泛的關(guān)注。

量子計(jì)算是一種新型計(jì)算模式，它利用量子力學(xué)的規(guī)律來進(jìn)行計(jì)算。1981年，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德·費(fèi)曼首次提出了量子計(jì)算機(jī)的構(gòu)想。潘建偉表示，量子計(jì)算機(jī)在原理上具有超快的并行計(jì)算能力，有望在密碼破譯、大數(shù)據(jù)優(yōu)化、天氣預(yù)報(bào)、材料設(shè)計(jì)、藥物分析等領(lǐng)域提供比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更強(qiáng)的算力支持。

在此之前，2019年，美國谷歌公司成功研制出了一臺(tái)由53個(gè)量子比特組成的計(jì)算機(jī)，名為“懸鈴木”，首次實(shí)現(xiàn)了量子優(yōu)越性。2020年，潘建偉團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一臺(tái)由76個(gè)光子組成的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，使中國成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性的國家。

量子優(yōu)越性意味著新生的量子計(jì)算原型機(jī)在某個(gè)問題上的計(jì)算能力超過了最強(qiáng)大的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，這一突破標(biāo)志著未來有望實(shí)現(xiàn)更多領(lǐng)域的超越。陸朝陽教授指出，雖然量子計(jì)算機(jī)仍然面臨許多挑戰(zhàn)，但這是一個(gè)重要的里程碑。

2021年，潘建偉團(tuán)隊(duì)成功研制了一臺(tái)由113個(gè)光子組成的“九章二號(hào)”和一臺(tái)由66個(gè)量子比特構(gòu)成的“祖沖之二號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)，使中國成為在光學(xué)和超導(dǎo)兩個(gè)技術(shù)路線上都實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性的國家。

“九章三號(hào)”是他們首次實(shí)現(xiàn)對(duì)255個(gè)光子的操縱能力，這大大提高了計(jì)算的復(fù)雜度。根據(jù)業(yè)界公開的數(shù)據(jù)，與“九章二號(hào)”相比，“九章三號(hào)”處理高斯玻色取樣的速度提高了一百萬倍。最復(fù)雜的樣本，只需1微秒即可完成，而當(dāng)前全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)則需要約200億年的時(shí)間才能完成相同的任務(wù)。

盡管取得了這一顯著的成就，要成功研制出可應(yīng)用于各種領(lǐng)域的量子計(jì)算機(jī)仍然需要很長的時(shí)間和努力。國際主流觀點(diǎn)認(rèn)為，至少需要5到10年的進(jìn)一步研究和發(fā)展，但中國的科學(xué)家們已經(jīng)為這一目標(biāo)邁出了重要的一步，為未來的科技革新和計(jì)算能力的提升奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。