“九章”量子計算機的里程碑意義

近日，中國科學技術大學宣佈，該校潘建偉團隊與中科院上海微系統所、國家並行計算機工程技術研究中心合作，成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”，求解數學算法“高斯玻色取樣”只需200秒，而目前世界最快的超級計算機要用6億年。這一項研究成果刊發在國際學術期刊《科學》雜誌上，審稿人評價這是“一個最先進的實驗”“一個重大成就”。

《九章算術》是我國古代著名的數學專著，它的出現標誌着中國古代數學形成了完整的體系。而這台以“九章”命名的量子計算機同樣具有里程碑意義：這一突破使我國成為全球第二個實現“量子優越性”的國家，牢固確立了我國在國際量子計算研究領域的領先地位。

證明量子優越性，被認為是量子計算從理論到實踐“里程碑的轉折點”。何為量子優越性？專家表示，“如果量子計算原型機，在某個問題上的計算能力超過了最強的傳統計算機，就證明量子計算在未來有多方超越的可能。”通俗來講，就是用極端複雜的問題來考驗量子計算，讓它在實際應用中證明自己的實力。潘建偉團隊構建量子計算原型機“九章”，在室温條件下運行計算“高斯玻色取樣”問題，處理5000萬個樣本只需200秒，而超級計算機則需要6億年；處理100億個樣本，“九章”只需10小時，超級計算機則需要1200億年。如此強大的算力，全面超過傳統的超級計算機，證明了“量子優越性”的存在。

作為世界科技前沿領域，研製量子計算機是世界各國角逐的焦點。此前，美國物理學家帶領的谷歌團隊宣佈研製出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”。而相比“懸鈴木”，“九章”有三大優勢：一是速度更快。雖然算的不是同一個數學問題，但與最快的超算等效比較，“九章”比“懸鈴木”快100億倍。二是環境適應性更強。三是彌補了技術漏洞。“打個比方，就是谷歌的機器短跑可以跑贏超算，長跑跑不贏；我們的機器短跑和長跑都能跑贏。”科學家的比喻生動地揭示了“九章”的領先之處。高品質光子源、高精度鎖相、規模化干涉……一項項創新與突破，讓“九章”後來居上。

“九章”只是在量子計算第一階段樹起了一座里程碑，未來的路還很長。一方面，無論是谷歌的“懸鈴木”處理“隨機線路取樣”，還是“九章”求解“高斯玻色取樣”，都只能用來解決某一個特定問題。另一方面，目前可用來搭建量子計算機的材料有限，未來量子計算機的突破，更有可能依賴於新材料在量子計算硬件上的創新。科學家團隊表示，“希望能夠通過15年到20年的努力，研製出通用的量子計算機，用以解決一些應用非常廣泛的問題，比如密碼分析、氣象預報、藥物設計等等，同時也可以用於進一步探索物理學、化學、生物學領域的一些複雜問題。”

任何重大科技創新從來都不是輕輕鬆鬆實現的。我國之所以能夠在量子科技領域取得一大批具有國際影響力的重大創新成果、實現從“跟跑”到“並跑”“領跑”轉變，離不開未雨綢繆的戰略謀劃和系統佈局，更有賴於科學家和科技工作者奮起直追、埋頭苦幹。不畏艱難險阻、勇攀科學高峯，在量子科技領域再取得一批高水平原創成果，中國科學家定能創造更多令世人刮目相看的成績。