“九章”有多牛？它花1分鐘，超算需億年

        【每日科技網】 近日，由中國科技大學潘建偉、陸朝陽等學者組成的研究團隊與中國科學院上海微系統所和信息技術研究所、國家并行計算機工程技術研究中心合作，構建了76台光子量子計算原型機九章。計算玻璃采樣問題，九章處理5000萬個樣本隻需200秒，現在世界上最快的超級計算機需要6億年。
這是我國實現量子計算優勢，這一突破也使我國成為世界第二個實現量子優勢的國家。12月4日，《科學》雜志公布了這一成果。
難點很多。
在設備的自主研發、技術創新上下功夫。
九章是中國古代數學專着九章算術，也是中國在國際量子計算研究中确立第一方陣地位的量子計算原型機，兩者都有裡程碑的意義。
所謂量子計算優勢，就是指作為新生事物的量子計算機，一旦某個問題上的計算能力超過了最強的傳統計算機，就證明了量子計算機的優勢，未來在多方面超過了傳統計算機的門檻。
這将實驗各方面的技術推向遠遠超過以前的水平。澳大利亞昆士蘭大學教授蒂姆·拉夫說:該設備規模優異:100模式幹涉儀，25個壓縮機提供輸入量子狀态，使用100個單光子探測器進行探測，同時保持高效率，穩定性和量子不可分辨性
從20光子輸入60模式幹涉線路的玻璃取樣，到76光子100模式的高斯玻璃取樣，必須在設備上下功夫。最初，高效率100通道超導納米線單光子探測器性能低，隻有4%。我們與中國科學院上海微系統與信息技術研究所合作，自主開發、技術創新，目前性能提高到98%。陸朝陽表示，不斷加強量子光源、量子幹預、單光子探測器等領域的自主創新，是下一步研究的重點。
利用量子器件解決越來越複雜的問題，體現量子的優勢，是量子科學前沿最重要的問題之一。美國科學院院士、沃爾夫獎得主、迪拉克獎章得主彼得·佐勒認為，潘建偉團隊的研究在量子系統的大小和擴展性、實際應用前景方面将研究水平提高到了新的高度。
意義非凡。
在不增加能源消耗的基礎上，提高計算能力。
大數據時代，全球數據量呈指數增長，每兩年翻一番。如果不提取巨大的數據，就沒有意義。潘建偉說。目前，計算機傳統發展模式受到限制，超級計算機能耗大。在潘建偉看來，九章出現的意義是在不增加能源消耗的基礎上提高計算能力。
目前，開發量子計算機已成為世界科學技術的挑戰之一，是世界競争的焦點。去年，谷歌公司推出了53台超導量子比特電腦懸鈴木，數學算法的計算效率遠遠超過當時世界上最快的超級電腦，率先實現了量子優勢。九章實現了高斯玻璃取樣任務的快速解決。
處理5000萬個樣本的高斯玻璃取樣問題，九章隻需200秒，現在世界上最快的超計算需要6億年，處理100億個樣本，九章需要10小時，超級計算機需要1200億年。正如陸朝陽所說，九章在一分鐘内完成了經典超級計算機一億年内完成的任務。
在量子計算機的研究中，國際同行認為有三個指标發展階段:第一階段是發展具有50~100個量子比特的高精度專用量子計算機，實現計算科學中量子計算優勢的裡程碑；第二階段是開發數百個量子比特相關操作的量子模拟機，以解決一些超級計算機無法适應的重大實用價值問題。第三階段是大大提高可集成的量子比特數量到數百萬級，實現容錯量子邏輯門，開發可編程的通用量子計算機。
陸朝陽表示，與懸鈴木相比，九章具有運算速度快、環境适應性強、克服技術脆弱性三大優勢。懸鈴木隻有在小樣本的情況下比超計算快，九章在小樣本和大樣本上超計算，比賽跑得好，谷歌，谷歌的機器短跑能赢得超計算，長跑不赢我們的機器短跑，長跑能赢
前景廣闊。
在機械學習、量子化學等領域有潛在的應用。
在合肥，量子計算機九章幾乎占據了半個實驗室，包括成千上萬的零件。目前，九章和懸鈴木一樣隻能解決某些特定問題。潘建偉認為，這是因為目前可用于建設量子計算機的材料有限，世界正朝着少數方向努力。未來量子計算機的突破，可能依賴于新材料在量子計算硬件上的創新。
如今，基于九章的高斯玻璃取樣算法在圖論、機械學習、量子化學等領域有着潛在的應用，将是後續發展的重要方向。潘建偉團隊表示，盡管九章的計算能力驚人，但在量子計算的第一階段樹立了裡程碑。希望通過15年到20年的努力開發通用量子計算機，解決密碼分析、氣象預報、藥物設計等應用非常廣泛的問題。潘建偉說。
《科學》雜志審查員評價，這是進的實驗重大成果。量子優勢實驗驗不是一蹴而就的工作，而是更快的經典算法和不斷提高的量子計算硬件之間的競争。但最終，量子并行性會産生古典計算機無法企及的計算能力。潘建偉隊希望這項工作能激發更多古典算法模拟工作。