光量子干涉的物理图。 （图片来源：中国科学技术大学，马小涵、梁静、邓宇豪摄）
近日，由中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等学者组成的研究团队与上海微系统所、信息技术研究院、国家并行计算机工程研究中心合作中科院科研项目已建成76光子量子计算原型机“尼克斯章”。目前世界上最快的超级计算机需要6 亿年才能计算Bose 的采样问题，而九章只需要200 秒即可处理5000 万个样本。
这是我国首次实现“量子计算霸权”，这一突破使我国成为全球第二个实现“量子霸权”的国家。结果于12月4日发表在期刊《科学》上。
许多困难
努力自主研发和装备创新
《九章》不仅是中国古代数学专着《九章算术》，更是巩固了日本在国际量子计算研究第一的地位的量子计算原型，具有里程碑意义。
“量子计算的优越性”是指量子计算机作为一个新生事物，当其计算能力针对某个问题超过最强大的常规计算机时，量子计算机的优越性将在各个方面得到证明，未来将是它蔓延至.
澳大利亚昆士兰大学教授蒂姆·洛夫（Tim Love）表示：“这先进的技术在实验的各个方面都远远超出了以前所能达到的水平。仪器的规模非同寻常，有100种模式干涉仪、25个压缩机提供输入。”使用100 个单光子探测器实现了探测，同时保持了展示量子计算优势所需的高效率、稳定性和量子可识别性——。 ”
设备要从20个光子输入60模干涉仪电路的Bose采样，到76光子100模的高斯-Bose采样。 “最初，高效100通道超导纳米线单光子探测器的性能很低，只有4%。与中科院上海微系统与信息技术研究所合作，我们自主研发的朝阳说下一步研究重点是继续加强量子光源、量子干涉、单光子探测器等领域的自主创新。
“利用量子器件解决日益复杂的问题并实现量子的好处是量子科学前沿最重要的挑战之一。”美国国家科学院院士彼得·佐勒奖获得者彼得·佐勒（Peter Zoller）表示： Dirac-Medal认为，通过这项工作，潘建伟团队在量子系统的规模、可扩展性和实际应用前景方面将研究水平提升到了一个新的水平。
意义
在不增加能耗的情况下提高计算能力
“大数据时代，全球数据量呈指数级增长，每两年翻一番。海量数据如果不提取出来就没有意义。”潘建伟说。目前，传统的计算机开发模式存在局限性，超级计算机消耗大量能源。在潘建伟看来，“九章”出现的意义在于在不增加能耗的情况下提高算力。
当前，量子计算机的发展已成为世界科技前沿的最大挑战之一，是全球竞争的焦点。去年，谷歌发布了一款名为“Platus Tree”的计算机，配备了53个超导量子比特，其数学算法的计算效率远远超过了当时世界上最快的超级计算机，首次实现了“量子优越性”时间. 实现. 《九章》为“高斯玻色采样”任务提供了快速解决方案。
为了处理5000 万个样本的高斯-玻色采样问题，九章只需要200 秒，但目前在世界上最快的超级计算机上需要6 亿年。处理100亿个样本，《九章》需要10个小时。 1200亿年。陆朝阳说道： “九丈在一分钟内完成了经典超级计算机需要一亿年才能完成的任务。”
国际利益相关者认为量子计算机研究具有三个指示性的发展阶段。第一步是开发具有50 至100 个量子位的高精度专用量子计算机，这是一个里程碑，将使量子计算机在计算科学领域表现出色。第二步是开发能够连贯操纵数百个量子位的量子模拟器，以解决许多超出超级计算机能力的具有高实用价值的问题。我们将实现容错量子逻辑门并开发可编程通用量子计算原型。
据陆朝阳介绍，“九丈”与“悬铃木”相比，具有三大优势。更快的计算速度、更强的环境适应性、克服技术漏洞。 “Platanus”比仅处理小样本的超级计算机快，但“Kyuzo”比处理小样本和大样本的超级计算机都快。该机器可以赢得短跑和长跑的胜利。 ”
广阔的前景
它在机器学习和量子化学等领域具有潜在的应用。
在合肥，一个名为“九丈”的量子计算原型机几乎占据了实验室的一半，包含数千个组件。目前，《九章》和《梧桐树》一样只能用来解决具体问题。潘建伟认为，这是由于目前可用于构建量子计算机的材料有限，世界正在朝几个方向努力，他说，“未来量子计算机的突破将是”，这很可能取决于新材料在量子计算机硬件上的应用”。 “创新。”
目前，基于“九章”的高斯-玻色采样算法在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用，将是后续发展的重要方向。潘建伟团队表示，虽然九丈的计算能力令人印象深刻，但这只是量子计算第一阶段的一个里程碑。 “经过15到20年的努力，我们希望开发出一种通用量子计算机，能够解决密码破译、天气预报、药物设计等广泛应用中的问题。”潘建伟说。
《科学》 一位杂志评论家评价这是一次“尖端实验”和“重大成就”。 “量子优势”实验不是一次性的努力，而是更快的经典算法和不断改进的量子计算硬件之间的竞赛。但最终，量子并行性将产生传统计算机无法比拟的计算能力。潘建伟团队希望这项工作能够激发对模拟经典算法的进一步研究。
（来源：人民日报）
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