2020年12月4日，《科學(xué)》雜志公布中國(guó)“九章”計(jì)算機(jī)重大突破。這臺(tái)由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)等學(xué)者研制的76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)，求解“高斯玻色取樣”這一問題只需200秒，而根據(jù)目前最優(yōu)的經(jīng)典算法估計(jì)，世界最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)（以下簡(jiǎn)稱超算）要用6億年。200秒只是短短一瞬，6億年早已是滄海桑田。在谷歌“懸鈴木”之后，我國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”的國(guó)家。
量子計(jì)算機(jī)在原理上具有超快的并行計(jì)算能力，相比經(jīng)典計(jì)算機(jī)，有望通過特定算法在一些具有重大社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的問題方面實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)別的加速。當(dāng)前，研制量子計(jì)算機(jī)已成為世界科技前沿的最大挑戰(zhàn)之一，也是歐美各發(fā)達(dá)國(guó)家角逐的焦點(diǎn)。
量子計(jì)算研究要突破的第一道難關(guān)就是實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”。“量子計(jì)算優(yōu)越性像個(gè)門檻，是指當(dāng)新生的量子計(jì)算原型機(jī)，在某個(gè)問題上的計(jì)算能力超過了最強(qiáng)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，就證明其未來有多方超越的可能。”中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陸朝陽(yáng)說，多年來國(guó)際學(xué)界高度關(guān)注、期待這個(gè)里程碑式轉(zhuǎn)折點(diǎn)的到來。
2019年9月，美國(guó)谷歌公司宣布研制出53個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)“懸鈴木”，其對(duì)一個(gè)數(shù)學(xué)問題的計(jì)算只需200秒，而當(dāng)時(shí)世界最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“頂峰”計(jì)算這個(gè)問題則需要2天，因此谷歌公司宣稱他們?cè)谌蚴状螌?shí)現(xiàn)了量子優(yōu)越性。
所謂高斯玻色取樣，是一個(gè)計(jì)算概率分布的算法，可用于編碼和求解多種問題。實(shí)驗(yàn)顯示，“九章”對(duì)高斯玻色取樣的計(jì)算速度，比目前世界最快的超算“富岳”快100萬億倍，同時(shí)也等效地比谷歌“懸鈴木”快100億倍。
相比“懸鈴木”，潘建偉團(tuán)隊(duì)表示，“九章”有三大優(yōu)勢(shì)：一是速度更快。雖然算的不是同一個(gè)數(shù)學(xué)問題，但與最快的超算等效比較，“九章”比“懸鈴木”快100億倍。二是環(huán)境適應(yīng)性。“懸鈴木”需要零下273.12攝氏度的運(yùn)行環(huán)境，而“九章”除了探測(cè)部分需要零下269.12攝氏度的環(huán)境外，其他部分可以在室溫下運(yùn)行。三是彌補(bǔ)了技術(shù)漏洞。“懸鈴木”只有在小樣本的情況下快于超算，“九章”在小樣本和大樣本上均快于超算。
對(duì)于“九章”的突破，《科學(xué)》雜志審稿人評(píng)價(jià)：這是“一個(gè)最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)”“一個(gè)重大成就”。
潘建偉表示，這一成果確立了我國(guó)在國(guó)際量子計(jì)算研究中的第一方陣地位，為未來實(shí)現(xiàn)可解決具有重大實(shí)用價(jià)值問題的規(guī)模化量子模擬機(jī)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。此外，基于“九章”量子計(jì)算原型機(jī)的高斯玻色取樣算法在圖論、機(jī)器學(xué)習(xí)、量子化學(xué)等領(lǐng)域均具有潛在應(yīng)用，將是后續(xù)發(fā)展的重要方向。（記者 陸成寬）
