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2020 12/ 04 19:43:05
来源:新华网

超快的!超酷的!它来了!

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  12月4日,中国科学技术大学宣布该校潘建伟、陆朝阳等人成功构建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。这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。而“九章”的名字取自我国古代非常重要的数学专著《九章算术》。

  “量子”是个啥?

  量子是什么?根据量子理论,量子是构成物质的最基本单元,是能量的最基本携带者。我们中学物理书上提到的分子、原子、电子,其实都是量子的不同形式。可以说,我们的世界由量子组成,我们每个人都是“24K”纯量子产品。

  而在量子世界里,一切都是不确定的。一个粒子在量子世界里位置、状态等变化是随机的,无法预知和判断。

  举个更形象的例子,从广州到北京,可以坐高铁,也可以坐飞机。到北京后,别人问你是怎么来的,你说坐高铁,那就肯定不会是坐飞机了。这就是具有确定性的经典物理世界。在量子世界中,在特定的环境下,就会存在既坐了高铁,也坐了飞机,两条路一起来的“量子叠加”现象。量子的这些特性给了它突破经典技术极限的可能,科学家们正在加紧研发各种量子器件,希望能够为我们服务。

  这是光量子干涉实物图:左下方为输入光学部分,右下方为锁相光路,上方共输出100个光学模式,分别通过低损耗单模光纤与100超导单光子探测器连接。新华社发

  “量子计算机”强在哪?

  顾名思义,量子计算机可以利用量子的特性进行计算,而这种特性就是“量子叠加”,让量子可以实现并行计算。目前我们常用的计算机,一次只能处理2的N次方个数据中的其中一个,这相当于一个拥有一双手的人,一个时间段只能做一件事情;而量子并行计算原理上能够对这2的N次方个数据同时进行处理,可以同时做2的N次方双手可以做的事情。

  去年9月,美国谷歌公司推出53个量子比特的计算机“悬铃木”,对一个数学算法的计算只需200秒,而当时世界最快的超级计算机“顶峰”需2天,实现了“量子计算优越性”。不过,“悬铃木”所能处理的问题,当样本数量不断增大时,它的优越性就会逐渐消失甚至变得反而不如经典计算机了。

  近期,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”。实验显示,当求解5000万个样本的高斯玻色取样时,“九章”需200秒,而目前世界最快的超级计算机“富岳”需6亿年。等效来看,“九章”的计算速度比“悬铃木”快100亿倍,并弥补了“悬铃木”的量子计算优越性依赖于样本数量的技术漏洞。

这是光量子干涉示意图。新华社发

  “量子计算机”未来有什么用?

  量子计算机未来的应用范围很广泛。在天文领域,量子计算机可以处理海量的天文数据,发现更多的行星。在天气预报方面,量子计算机可以同时计算大量数据,准确给出台风、雷暴等恶劣天气在何时何地出现,可以有效防范灾害。量子计算机还可能辅助药物研发,快速计算出需要的数据,加快药物的研究。

  与通用计算机相比,“九章”还只是“单项冠军”。但其超强算力,在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用价值。相信在未来,“九章”还会给我们带来更多的惊喜。

  (编导/袁晗 视频/刘厦 实习生 周枢阁)

     特别鸣谢:中国科学技术大学李力老师、徐洋老师

     文字来源:新华社、央视、澎湃、中青在线

   

【纠错】 【责任编辑:袁晗 】
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