中國量子計算機“九章”刷屏，袁嵐峯為你解讀原理_風聞

導讀

　　中國科學技術大學的潘建偉、陸朝陽等人實現了“量子計算優越性”里程碑，比目前最快的超級計算機快一百萬億倍！

　　昨天（2020年12月4日），許多媒體報道了一個量子計算的大成果：中國科學技術大學的潘建偉、陸朝陽等人實現了“量子計算優越性”里程碑，比目前最快的超級計算機快一百萬億倍！（比最快的超級計算機快一百萬億倍！中國科學家實現“量子計算優越性”里程碑）具體地説，他們構建了一台76個光子100個模式的量子計算機，叫做“九章”，它處理“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。也就是説，“九章”一分鐘完成的任務，超級計算機需要一億年。

　　這些話是什麼意思呢？大多數人恐怕斷句都困難。有不少媒體來採訪我，我告訴他們，這裏的基本原理在我以前的文章中都已經講過了。

　　最近我正在寫一個量子信息科普系列文章，剛好要寫到量子計算機的進展。這個新聞，就是這方面的一個里程碑。

　　在這裏先稍微解釋幾句，如果想了解更詳細的原理，歡迎去讀我的文章。

　　一，量子力學是物理學的一個基礎理論。跟它相對的牛頓力學，被稱為經典力學。對微觀世界的正確描述一定要用量子力學，如果用經典力學就會犯錯。

　　量子信息學科內容

　　二，量子計算機是用量子力學原理製造的計算機，目前還處於很初步的階段。相應的，現有的我們在用的計算機被稱為經典計算機。

　　三，量子計算機有希望遠遠超過經典計算機，就像這裏説的，超過一百萬億倍之類。

　　四，量子計算機之所以能超過經典計算機，是因為它用到量子力學的三大奧義：疊加、測量和糾纏。這三大奧義的意思，請參見我的文章。

　　五，量子計算機並不是對所有的問題都超過經典計算機，而是隻對某些特定的問題超過經典計算機，因為對這些特定的問題能設計出高效的量子算法。對於沒有量子算法的問題，例如最簡單的加減乘除，量子計算機就沒有任何優勢。

　　六，九章處理的問題，叫做“高斯玻色取樣”。大致可以理解為，一個光路有很多個出口，問每一個出口有多少光出去。

　　2019年潘建偉和陸朝陽等人關於用玻色子取樣尋求實現量子霸權的文章

　　七，量子計算機在某個問題上超越現有的最強的經典計算機，被稱為“量子優越性”或“量子霸權”。九章的成果，就是實現了量子優越性。

　　八，2019年，谷歌第一個宣佈實現了量子優越性。他們用的量子計算機叫做“懸鈴木”，處理的問題大致可以理解為：判斷一個量子隨機數發生器是不是真的隨機。

　　九，這兩個成果都很重大，不過目前還沒有實用價值。因為它們處理的問題都很偏門，是專門找了兩個最有利於量子計算機的問題來實現量子優越性。

　　十，量子計算機能不能處理有實用價值的問題？回答是：能。例如一個非常重要的問題，因數分解，就是量子計算機有快速算法的。因數分解的困難性是現在最常用的密碼體系RSA的基礎，所以量子計算機能快速進行因數分解，就意味着能快速破解密碼。

　　RSA密碼體系的三位發明者

　　十一，問題只是在於，現有的量子計算機只能分解很小的數，還不足以破解實用的密碼。所以在實現量子優越性之後，下一個重要的目標就是對一個有實用價值的問題，造出超越經典計算機的量子計算機。

　　十二，九章跟懸鈴木的區別，一是處理的問題不同，二是用來造量子計算機的物理體系不同。九章用的是光學，懸鈴木用的是超導。這兩個沒有孰優孰劣，只是不同的技術路線。

　　十三，請注意措辭，九章的成果牢固確立了我國在國際量子計算研究中的“第一方陣”地位。這是因為有懸鈴木在前，九章畢竟是第二個，所以只是説中國跟美國相差不遠。而在量子通信方面，我們就不説什麼“第一方陣”了。因為那裏沒有方陣，中國明確是世界最先進的！