“九章”量子计算机的里程碑意义

近日，中国科学技术大学宣布，该校潘建伟团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，求解数学算法“高斯玻色取样”只需200秒，而目前世界最快的超级计算机要用6亿年。这一项研究成果刊发在国际学术期刊《科学》杂志上，审稿人评价这是“一个最先进的实验”“一个重大成就”。

《九章算术》是我国古代著名的数学专著，它的出现标志着中国古代数学形成了完整的体系。而这台以“九章”命名的量子计算机同样具有里程碑意义：这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家，牢固确立了我国在国际量子计算研究领域的领先地位。

证明量子优越性，被认为是量子计算从理论到实践“里程碑的转折点”。何为量子优越性？专家表示，“如果量子计算原型机，在某个问题上的计算能力超过了最强的传统计算机，就证明量子计算在未来有多方超越的可能。”通俗来讲，就是用极端复杂的问题来考验量子计算，让它在实际应用中证明自己的实力。潘建伟团队构建量子计算原型机“九章”，在室温条件下运行计算“高斯玻色取样”问题，处理5000万个样本只需200秒，而超级计算机则需要6亿年；处理100亿个样本，“九章”只需10小时，超级计算机则需要1200亿年。如此强大的算力，全面超过传统的超级计算机，证明了“量子优越性”的存在。

作为世界科技前沿领域，研制量子计算机是世界各国角逐的焦点。此前，美国物理学家带领的谷歌团队宣布研制出53个量子比特的计算机“悬铃木”，在全球首次实现“量子优越性”。而相比“悬铃木”，“九章”有三大优势：一是速度更快。虽然算的不是同一个数学问题，但与最快的超算等效比较，“九章”比“悬铃木”快100亿倍。二是环境适应性更强。三是弥补了技术漏洞。“打个比方，就是谷歌的机器短跑可以跑赢超算，长跑跑不赢；我们的机器短跑和长跑都能跑赢。”科学家的比喻生动地揭示了“九章”的领先之处。高品质光子源、高精度锁相、规模化干涉……一项项创新与突破，让“九章”后来居上。

“九章”只是在量子计算第一阶段树起了一座里程碑，未来的路还很长。一方面，无论是谷歌的“悬铃木”处理“随机线路取样”，还是“九章”求解“高斯玻色取样”，都只能用来解决某一个特定问题。另一方面，目前可用来搭建量子计算机的材料有限，未来量子计算机的突破，更有可能依赖于新材料在量子计算硬件上的创新。科学家团队表示，“希望能够通过15年到20年的努力，研制出通用的量子计算机，用以解决一些应用非常广泛的问题，比如密码分析、气象预报、药物设计等等，同时也可以用于进一步探索物理学、化学、生物学领域的一些复杂问题。”

任何重大科技创新从来都不是轻轻松松实现的。我国之所以能够在量子科技领域取得一大批具有国际影响力的重大创新成果、实现从“跟跑”到“并跑”“领跑”转变，离不开未雨绸缪的战略谋划和系统布局，更有赖于科学家和科技工作者奋起直追、埋头苦干。不畏艰难险阻、勇攀科学高峰，在量子科技领域再取得一批高水平原创成果，中国科学家定能创造更多令世人刮目相看的成绩。