超級計算機的100萬億倍！中國量子計算機“九章”為何這麼快？

新京報貝殼財經訊（記者 羅亦丹）12月4日，由中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊構建了76個光子的量子計算原型機“九章”，該計算機處理特定問題的計算能力比目前最快的超級計算機快一百萬億倍，比2019年穀歌發佈的53個超導比特量子計算原型機“懸鈴木”快一百億倍。

為何量子計算機能這麼快，其背後的技術原理是什麼？中科大“九章”相比谷歌的“懸鈴木”有哪些技術突破？

中科院院士、中國科學技術大學郭光燦教授此前接受財經記者專訪時表示，目前現有電子計算機處理數據的方式是串行運算，即存儲器只能存一個數，操作一次變成另一個數，所以操作是一步一步的。而量子計算機從原理上是並行處理，操作一次可以把2的N次方數據變成另外2的N次方數據，所以操作一次量子計算機，相當於操作電子計算機2的N次方串行的次數，這就是量子計算機能夠超過電子計算機最重要的物理原因。

據瞭解，量子計算機的計算能力與它單個芯片裏面有多少個量子比特有關，量子比特就是那個“N”。在“九章”發佈之前，2019年穀歌製造出了擁有53個超導量子比特的計算原型機“懸鈴木”，“N”達到53個，而“九章”的“N”達到了76個。

需要注意的是，“九章”採取的是光量子比特，而谷歌採取的是超導量子比特。對此，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心副研究員袁嵐峯表示，二者分別採用光學與超導作為構建量子計算機的物理體系，“這兩個沒有孰優孰劣，只是不同的技術路線”。而科普讀物《我也能看懂的量子通信》作者，復旦大學理論物理方向研究生“神們自己”則認為，超導需要在超低温（接近絕對零度）下運行，而光子不用，因此基於光量子的量子計算機省掉了巨大的製冷設備和能量消耗，不過“九章”目前是不可編程的，而“懸鈴木”則可以編程。在實用價值的角度，可編程當然比不可編程要好很多，所以這一點上，九章暫時還處於追趕狀態。

但無論技術路線有何不同，多位科學界人士均認為，中國製造出包含76個量子比特的量子計算機是一個重大的科學成就，這也説明中國在量子計算領域處於國際上的“第一梯隊”。潘建偉在接受央視採訪時表示，在量子計算領域第一個里程碑的目標就是展示量子計算機的優越性，即：我們總算可以演示某個功能，比傳統的超級計算機算得好了，這樣我們就可以進一步去尋找各種各樣的應用。

需要注意的是，不論是“九章”還是“懸鈴木”，目前還只能做到求解特定問題，如“九章”量子計算系統處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級計算機快一百萬億倍（“九章”一分鐘完成的任務，超級計算機需要一億年）。

“目前，量子計算機的演示還是在初級階段，我們攻關的重點是如何使用糾錯容錯技術，做出能夠真正解決實際問題的專用機，這也是世界的難題。”郭光燦告訴記者。

潘建偉表示，希望能夠通過15年到20年的努力研製出通用量子計算機，這樣的話就能用它來解決很多非常廣泛的問題了，如密碼分析、氣象預報、藥物設計。

中科大官方表示，關於“九章”的相關論文已於12月4日在線發表在國際學術期刊《科學》上，《科學》雜誌審稿人評價該工作是“一個最先進的實驗”（a state-of-the-art experiment），“一個重大成就”（a major achievement）。研究人員希望這個工作能夠激發更多的經典算法模擬方面的工作，也預計將來會有提升的空間。量子優越性實驗並不是一個一蹴而就的工作，而是更快的經典算法和不斷提升的量子計算硬件之間的競爭，但最終量子並行性會產生經典計算機無法企及的算力。

校對 趙琳