曬曬咱的國(guó)之重器11：量子計(jì)算機(jī)“九章”

2020年12月4日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)宣布該校潘建偉院士團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”。同日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表了該成果，這是“一個(gè)最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)”“一個(gè)重大成就”，審稿人如此評(píng)價(jià)。

有多重大？答案是：這一突破使我國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國(guó)家。

所謂“量子優(yōu)越性”，即對(duì)于特定任務(wù)，量子計(jì)算機(jī)可以解決，而現(xiàn)存的任何經(jīng)典計(jì)算機(jī)運(yùn)用任何已知算法，都不能在一個(gè)可接受的時(shí)間內(nèi)完成。

有多“優(yōu)越”？“九章”對(duì)于處理高斯玻色取樣的速度比超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”快100萬(wàn)億倍，也就是說(shuō)，當(dāng)求解5000萬(wàn)個(gè)樣本的高斯玻色取樣時(shí)，“九章”需200秒，而截至2020年，世界最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”需6億年。同時(shí)，“九章”克服了谷歌超導(dǎo)量子比特計(jì)算機(jī)“懸鈴木”的一個(gè)漏洞。

“在費(fèi)曼提出量子計(jì)算的概念近40年后，‘九章’在實(shí)驗(yàn)上嚴(yán)格地證明了量子計(jì)算的加速能力，把夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)。”潘建偉團(tuán)隊(duì)成員、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陸朝陽(yáng)說(shuō)，和原子、離子、超導(dǎo)電路等類型的量子計(jì)算機(jī)相比，光量子計(jì)算可在室溫下、空氣中運(yùn)行，能克服量子噪聲極限，結(jié)構(gòu)亦相對(duì)比較簡(jiǎn)單。“‘九章’使得我國(guó)第一次進(jìn)入國(guó)際量子計(jì)算第一方陣。”

“九章”啥樣？在安徽合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心，兩個(gè)通過(guò)光纖連接起來(lái)的長(zhǎng)3米寬1.5米的不起眼“盒子”和“盒子”里密布的光學(xué)元器件，就是“九章”?！耙粋€(gè)用來(lái)產(chǎn)生光源，另一個(gè)進(jìn)行干涉，把光信號(hào)變成電信號(hào)后引到隔壁的探測(cè)器進(jìn)行分析?！标懗?yáng)的學(xué)生、“九章”論文第一作者、95后博士生鐘翰森介紹。

值得一提的是，研制出“九章”的團(tuán)隊(duì)，除了潘建偉、陸朝陽(yáng)幾位導(dǎo)師外，主力都是像鐘翰森這樣的年輕人！

更值得驕傲的是，“九章”構(gòu)建后不到一年，2021年10月，“九章”的升級(jí)版“九章二號(hào)”成功構(gòu)建，再次刷新國(guó)際光量子操縱的技術(shù)水平，其處理特定問(wèn)題比目前全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快億億億倍。

加上2021年10月中國(guó)科大發(fā)布的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“祖沖之二號(hào)”，這一系列令人矚目的成果，標(biāo)志著我國(guó)已成為世界上唯一一個(gè)在超導(dǎo)和光量子兩個(gè)“賽道”上達(dá)到“量子優(yōu)越性”里程碑的國(guó)家。

“證明‘量子優(yōu)越性’，可以說(shuō)是量子計(jì)算機(jī)研制征程上的一個(gè)里程碑?！耪露?hào)’和‘祖沖之二號(hào)’的誕生，像一對(duì)雙子星，照亮了量子應(yīng)用更廣闊的前程。”潘建偉說(shuō)。

（本報(bào)記者 常河）

來(lái)源：《光明日?qǐng)?bào)》（2021年12月18日 01版）

責(zé)編：張永群

編輯：孫岱 張雪瑜