“九章”確立的“量子計算優越性”有多厲害
“九章”的成果， 就是實現了量子計算優越性 。 “量子計算機在某個問題上超越現有的最強的經典計算機， 被稱為‘量子優越性’或者叫‘量子霸權’ 。 ”
袁嵐峰隨后解釋說， “實際上， ‘量子霸權’是一個科學術語， 跟國際政治無關 。 它指的是量子計算機在某個問題上遠遠超過現有的計算機 。 ”
基于量子的疊加性， 許多量子科學家認為， 量子計算機在特定任務上的計算能力將會遠超任何一臺經典計算機 。 2012年， 美國物理學家John Preskill將其描述為“量子計算優越性”或稱“量子霸權” 。 2019年， 谷歌第一個宣布實現了量子優越性 。 他們用的量子計算機叫作“懸鈴木”， 處理的問題大致可以理解為：判斷一個量子隨機數發生器是不是真的隨機 。
“谷歌造出的‘懸鈴木’包含53個量子比特的芯片， 花了200秒對一個量子線路取樣一百萬次， 而現有的最強的超級計算機完成同樣的任務需要一萬年 。 200秒對一萬年， 如果這是雙方的最佳表現， 那么確實是壓倒性的優勢 。 ”袁嵐峰說， “九章”跟“懸鈴木”的區別， 一是處理的問題不同， 二是用來造量子計算機的物理體系不同 。 “九章”用的是光學， “懸鈴木”用的是超導 。 “這兩個沒有孰優孰劣， 只是不同的技術路線 。 ”
“‘九章’在同樣的賽道上， 比‘懸鈴木’快一百億倍， 這就是等效速度， 也意味著我國在量子計算上實現了‘量子霸權’” 。 袁嵐峰進一步解釋說， “九章”的成果牢固確立了我國在國際量子計算研究中的“第一方陣”地位 。 這是因為有“懸鈴木”在前， “九章”畢竟是第二個， 所以只是說中國跟美國相差不遠 。 “而在量子通信方面， 我們就不說什么‘第一方陣’了 。 因為那里沒有方陣， 中國明確是世界最先進的 。 ”
何謂高斯玻色取樣
所有的報道中都提到， “‘九章’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” 。 那么， 什么是高斯玻色取樣？
“玻色取樣是用來展示量子計算優越性的特定任務中的一項， 一直被科學家寄予厚望 。 ”袁嵐峰說， “大致可以理解為， 一個光路有很多個出口， 問每一個出口有多少光出去 。 ”
由于量子力學賦予了光子很多匪夷所思的性質， 使得光子的不同路徑之間， 不但可以相互疊加， 也可以相互抵消， 具體結果視情況而定， 非常復雜 。 “在面對這樣的難題時， 玻色取樣裝置就有了用武之地 。 由于它像計算機一樣， 能夠在較高的精度上解決特定的數學問題， 同時又應用了光子的量子力學特性， 所以可以稱作是一種‘光量子計算機’ 。 ”袁嵐峰說 。
此次， 中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊與中科院上海微系統所、國家并行計算機工程技術研究中心合作， 成功研制出的“九章”， 和之前的玻色取樣機的主要區別， 在于輸入的光子狀態， 也就是對從前的“玻色取樣”裝置進行升級 。 “玻色取樣機輸入的是一個個獨立的光子， 而‘九章’輸入的是一團團相互關聯的量子光波 。 ”袁嵐峰說， 因此， “九章”比經典計算機快很多倍， 真正體現出了“量子計算優勢” 。
量子計算機要不要裝系統
“量子計算機本身就是一套‘系統’ 。 ”中國科學技術大學林梅教授說， 獨立的光學組件提供了硬件， 復雜的光路結構則決定了它的“算法” 。 “例如， 以光子作為量子比特的量子計算機， 需要能夠產生光子的單光子源， 能夠改變光子狀態、完成‘算法’的特定光路結構， 還需要單光子探測器對光子的最終狀態進行觀測 。 ”
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