中國量子計算原型機“九章”算力有多強？一文解讀→

近日，中國科學技術大學潘建偉研究團隊與中科院上海微系統所、國家並行計算機工程技術研究中心合作，成功研製出量子計算原型機“九章”，其處理特定問題的速度比目前最快的超級計算機快一百萬億倍。

這一成果使我國成功實現了量子計算研究的第一個里程碑――量子計算優越性，相關論文今天（12月4日）在國際學術期刊《科學》發表。

在位於安徽合肥的中科院量子創新研究院，記者看到，最新研製成功的量子計算原型機幾乎佔據了半個實驗室，包含上千個部件。經過二十多年研究攻關，科研團隊通過在量子光源、量子干涉、單光子探測器等領域的自主創新，成功構建了76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機“九章”。

中國科學技術大學教授 陸朝陽：它就採取了由76個光子輸出，然後在100×100的這樣一個目前世界上最大尺度的這樣一個干涉儀裡面進行干涉，那麼幹涉的過程其實也是我們計完成計算的這樣一個過程。

“九章”計算速度達超級計算機百億倍

實驗結果顯示，“九章”處理特定問題的速度比目前世界排名第一的超級計算機“富嶽”快一百萬億倍，同時也等效地比谷歌去年發佈的53比特量子計算原型機“懸鈴木”快一百億倍，成功實現了量子計算領域的第一個里程碑――量子計算優越性。

中國科學院院士 中國科學技術大學教授 潘建偉：“九章號”展示了量子計算的強大的算力。我們將把它初步用於量子化學的一些研究，圖論裡面的一些組合數學方面的一些研究，甚至也可以用於一些機器學習的研究，所以它就可以把有些傳統上認爲是比較困難的問題，用我們的計算機就可以來做一些有效的有益的探索。

科研團隊介紹，“九章號”量子計算原型機確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位，爲未來實現規模化量子模擬機奠定了技術基礎。隨着計算能力的進一步提升，量子計算機將有望在密碼破譯、材料設計、藥物分析等具有實用價值的領域發揮重要作用。

麻省理工學院教授 美國青年科學家總統獎得主 德克 英格倫：我認爲這是一個了不起的成就，這是開發這些中型量子計算機的一個里程碑。

奧地利科學院院長 美國科學院院士 安東 蔡林格：這項工作成果很重要，證明了基於光子的量子計算機也可能實現量子計算優越性。我相信有朝一日量子計算機會被廣泛使用，甚至每個人都可以使用。

擁有並行計算能力 計算速度指數級增加

量子科技，是國際最爲關注的前沿熱點之一。如果將傳統計算機的速度比作“自行車”，量子計算機的速度則是“飛機”。量子計算爲何具有如此強大的計算能力？“量子計算優越性”究竟是什麼呢？

量子就是質量、能量等各種物理量的最小單元，而且它也要以某種粒子狀態存在。如果說到能量，比如光，一個光子就是一個量子。

中國科學技術大學教授 陸朝陽：量子計算機它是利用量子力學的原理，量子力學它可以允許一個物體同時處於多種狀態，那麼比如說0和1同時存在，它可以做一個原理上叫做並行計算，就是很多個任務可以一起完成，因此它就有了這樣一種超越經典計算機的計算能力。

正是因爲具有超快的並行計算能力，量子計算可望通過特定算法實現指數級別的加速。對於量子計算機的研究，科學界公認有三個指標性的發展階段。

中國科學院院士 中國科學技術大學教授 潘建偉：在我們的量子計算裡面，第一個里程碑性的目標就是要來展示量子計算的優越性。我們在高斯波色採樣實驗當中構建了一個量子計算的原型機，可以比目前最快的超算能夠快10的14次方倍，就相當於我這裡算一分鐘的東西，用“富嶽號”拿來算的話，要算一億年它才能把這個事情給算完，這就是叫做量子優越性。就是我總算可以演示某個功能比傳統的超級計算機算得好了，這樣的話我們就可以進一步地去尋找各種各樣的應用。

潘建偉介紹，將實現量子計算優越性的這臺量子原型機命名爲“九章”，是爲了紀念中國古代最早的數學專著《九章算術》。在“九章”量子原型機的基礎上，研究團隊將通過提高量子比特的操縱精度等一系列技術攻關，力爭儘早研製出可編程的通用量子計算原型機。

中國科學院院士 中國科學技術大學教授 潘建偉：希望能夠通過15年到20年的努力，能夠研製出通用的量子計算機，這樣的話它就可以來解決很多非常廣泛的問題了。比如包括密碼分析、氣象預報、藥物設計，探索物理學或者化學生物學裡面的一些複雜的問題。（總檯央視記者 帥俊全）