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中國量子計算原型機“九章”算力有多強?一文解讀→

2020年12月04日15:50 | 來源:央視網
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  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,成功研制出量子計算原型機“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裡程碑——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,最新研制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,然后在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,那麼干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“富岳”快一百萬億倍,同時也等效地比谷歌去年發布的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裡程碑——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為是比較困難的問題,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,為未來實現規模化量子模擬機奠定了技術基礎。隨著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:我認為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裡程碑。

  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,証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,是國際最為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”。量子計算為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。

  正是因為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,第一個裡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“富岳號”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台量子原型機命名為“九章”,是為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,力爭盡早研制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,能夠研制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復雜的問題。(總台央視記者 帥俊全)

(責編:郝江震、楊光宇)

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