“九章三號”來了！中國在研製量子計算機之路上邁出重要一步 丨科技觀察

封面新聞記者 燕磊

10月11日，中國科學技術大學發佈消息，該校潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊與中國科學院上海微系統與信息技術研究所、國家並行計算機工程技術研究中心合作，成功構建了255個光子的量子計算原型機“九章三號”，再度刷新了光量子信息的技術水平和量子計算優越性的世界紀錄。

國際學術期刊《物理評論快報》當天發表了這一成果。這也意味著，中國在研製量子計算機之路上又邁出重要一步。

“量子計算優越性”是什麼？

量子計算是一種遵循量子力學規律調控量子信息單元進行計算的新型計算模式。1981年，諾貝爾獎獲得者理查德·費曼提出量子計算機構想。

研製量子計算機是當前世界科技前沿的最大挑戰之一。為此，國際學術界製定了三步走的發展路線。其中，第一步是實現“量子計算優越性”，即通過對近百個量子比特的高精度量子調控，對特定問題的求解展現超級計算機無法比擬的算力，這標誌著40年前費曼等人的夢想成為現實。

“量子計算優越性”實驗還可用於檢驗計算科學的“擴展的丘奇—圖靈論題”。同時，在此過程中，發展出可擴展的量子調控技術，為具備容錯能力的通用量子計算機的研製提供技術基礎。

據介紹，中國科大團隊在理論上首次發展了包含光子全同性的新理論模型，實現了更精確的理論與實驗的吻合；同時，發展了完備的貝葉斯驗證和關聯函數驗證，全面排除了所有已知的經典仿冒算法，為量子計算優越性提供了進一步數據支撐。

量子計算優越性的研究是一個複雜而富有挑戰性的工作，量子計算硬件與經典算法之間存在著長期競爭。潘建偉團隊表示，期待這次突破能激發科學界更多關於經典算法模擬的研究，解決各種科學和工程挑戰，加快實現通用型量子計算機。

“九章三號”研製成功意味著什麼？

“九章三號”求解高斯玻色取樣數學問題的速度，比目前全球最快的超級計算機快一億億倍。“九章”取名於中國古代數學名著《九章算術》。

2019年，美國Google公司研製出53個量子比特的計算機“懸鈴木”，在全球首次實現量子優越性。2020年，潘建偉團隊構建76個光子的量子計算原型機“九章”，使中國成為全球第二個實現量子優越性的國家。

2021年，潘建偉團隊成功研製出113個光子的“九章二號”和66比特的“祖衝之二號”量子計算原型機，從而使中國成為在光學和超導兩條技術路線上都實現量子優越性的國家。

根據公開正式發表的最優經典精確采樣算法，“九章三號”處理高斯玻色取樣的速度比上一代“九章二號”提升一百萬倍。“九章三號”在百萬分之一秒時間內所處理的最高複雜度的樣本，需要當前最強的超級計算機“前沿”（Frontier）花費超過二百億年的時間。這一成果進一步鞏固了我國在光量子計算領域的國際領先地位。

未來的通用型量子計算機有望在密碼破譯、天氣預報、材料設計等領域發揮作用。不過，目前的“九章三號”還只是具有潛在應用價值的“單項冠軍”，要研製成功量子計算機還有很長的路要走。