12月4日， 包括本報在內的許多媒體報道了一個量子計算的大成果：中國科學技術大學的潘建偉、陸朝陽等人構建了一臺76個光子100個模式的量子計算機“九章”， 它處理“高斯玻色取樣”的速度比目前最快的超級計算機“富岳”快一百萬億倍 。 也就是說， 超級計算機需要一億年完成的任務， “九章”只需一分鐘 。 同時， “九章”也等效地比谷歌去年發布的53個超導比特量子計算機原型機“懸鈴木”快一百億倍 。
然而， 很多讀者在驚嘆這一重大科研成果的同時， 卻對其中的原理、成果的意義、量子計算機的應用前景不明就里， 甚至有讀者反映， “每個漢字都認識， 但還是不懂” 。 為此， 本報采訪人員采訪了相關專家， 嘗試揭開“九章”神秘的面紗， 了解量子計算機的原理 。
什么是量子計算機
“量子計算機是用量子力學原理制造的計算機， 目前還處于很初步的階段 。 相應的， 現有的我們在用的計算機被稱為經典計算機 。 ”中國科學技術大學微尺度物質科學國家實驗室副研究員袁嵐峰一直致力于科普寫作， 他告訴采訪人員， 兩者的計算形式不一樣， “電腦通過電路的開和關進行計算， 而量子計算機則是以量子的狀態作為計算形式 。 ”
我們日常使用的電腦， 不管是屏幕上的圖像還是輸入的漢字， 這些信息在硬件電路里都會轉換成1和0， 每個比特要么代表0， 要么代表1， 這些比特就是信息， 然后再進行傳輸、運算與存儲 。 正是因為這種0和1的“計算”過程， 電腦才被稱為“計算機” 。
而量子計算， 則是利用量子天然具備的疊加性， 施展并行計算的能力 。 “量子力學允許一個物體同時處于多種狀態， 0和1同時存在， 就意味著很多個任務可以同時完成， 因此具有超越計算機的運算能力 。 ”中科大教授陸朝陽說， 每個量子比特， 不僅可以表示0或1， 還可以表示成0和1分別乘以一個系數再疊加， 隨著系數的不同， 這個疊加的形式可能性會很多很多 。
“目前的量子計算機使用的是如原子、離子、光子等物理系統， 不同類型的量子計算機使用的是不同的粒子， 這次的‘九章’使用的是光子 。 ”袁嵐峰說 。
袁嵐峰告訴采訪人員， 量子計算機并不是對所有的問題都超過經典計算機， 而是只對某些特定的問題超過經典計算機， 因其對這些特定的問題設計出高效的量子算法 。 “對于沒有量子算法的問題， 例如最簡單的加減乘除， 量子計算機就沒有任何優勢 。 ”
“九章”到底長什么樣
在中國科學技術大學光量子實驗室， 采訪人員見到了確立中國量子計算優越性的“九章” 。
從外觀上看， 與其說它是計算機， 倒不如說是一臺敞開式的運算系統：實驗桌上3平方米左右的格子里擺滿了上千個部件， “這些都是量子計算機原型機的光路”， 潘建偉研究組的苑震生教授說， “正是通過我國自主創新的量子光源、量子干涉、單光子探測器等， 我們構建了76個光子的量子計算原型 。 ”
另一張桌子上， 擺放著“九章”的接收器 。 “如果你站在兩張桌子之間， 就意味著你置身于‘九章’之中” 。
原來， 神秘的“九章”就是一堆光路和接收裝置 。
袁嵐峰告訴采訪人員， 光學是實現量子計算的一種手段， 跟超導、離子阱、核磁共振等很多其他手段并列 。 “中國科技大學把光學這種手段帶到了世界的中心， 大大擴展了學術界對這種手段上限的估計， 這是這項成果在技術上的重要意義 。 ”
推薦閱讀
- 這三年，這張“網”要這樣“織”
- 互聯網+醫療這些舉措實打實
- 科學家力圖解密“第一臺計算機”
- 盤點2020年“硬核”科學發現
- 我們需要什么樣的“算法”？
- 2020年，哪些“黑科技”可能吸睛
- 工信部辟謠“4G降速”：絕不會下達降低4G速率指令
- 拔苗助長文言文 拔苗助長文言文是什么
- “量子霸權”難實現：很難造出真正有用的量子計算機
- 人間盛望故里江添出自哪里 人間盛望故里江添出自哪