目前世界上最快的超級計算機

求解特定數學問題

約需200億年

由中國科學家最新研制成功的

“九章三號”量子計算原型機

只需要百萬分之一秒

比超算快一億億倍

……

為何如此天壤之別？

10月11日凌晨

國際知名學術期刊《物理評論快報》發表論文

中國科學技術大學

中國科學院量子信息與量子科技創新研究院

潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等組成的研究團隊

與中國科學院上海微系統與信息技術研究所

國家并行計算機工程技術研究中心合作

成功構建255個光子的

量子計算原型機“九章三號”

再次刷新光量子信息技術世界紀錄

量子計算機是啥？

“九章三號”強在哪？

我們邀請到一位科普達人

中國科學技術大學科技傳播系副主任

中國科學院科學傳播研究中心副主任袁嵐峰

為大家解碼“九章三號”

1.什么是量子計算

量子計算是一種遵循量子力學規律

調控量子信息單元進行計算的新型計算模式

量子計算在原理上具有超快并行計算能力

可通過特定算法產生超越經典計算機的算力

2.什么是“九章三號”？

“九章三號”是“九章”（2020年12月）

“九章二號”（2021年10月）量子計算原型機的升級版

“九章”系列用的物理體系是光學

電影《流浪地球2》中的量子計算機MOSS

在常溫下就能運行

可能就是一臺光量子計算機

3.什么是“量子優越性”？

“九章”系列實現了一個重要的里程碑

叫做“量子優越性”

是指當新生的量子計算原型機

在某個問題上的計算能力超過了最強的經典計算機

就證明其未來有多方超越的可能

這樣的優越性并非一成不變

經典計算機也在通過優化算法

與量子計算機競爭

4.量子計算有望實現真正有應用價值的成果嗎？

目前的“九章三號”還只是

具有潛在應用價值的“單項冠軍”

預期在未來5到10年內

量子計算有望實現真正有應用價值的成果

例如發明一種新材料、破解一種密碼

針對一些網友關心的問題

記者也請教了袁嵐峰以及研究團隊成員

中國科學技術大學教授陸朝陽

Q：“九章三號”裝置結構是怎么樣的？哪里升級最明顯？

A：“九章三號”裝置一共分為四大塊：

第一塊是受激量子光源

第二塊是超低損耗的量子光路

讓多個光子之間發生“干涉”

變成量子糾纏態

第三塊是“九章三號”新加入的

也是升級最明顯的地方

叫“時空解復用的光纖環”

為的是讓光子分離開

好讓第四部分——超導納米線單光子探測器

能夠數清楚光子具體數量

進而大幅度提高光子的操縱數量和質量

Q：為何選擇求解高斯玻色取樣這樣的數學問題

A：所謂高斯玻色取樣是一個計算概率分布的算法

形象點說就是讓N個小球隨機落進N個袋子里

然后求各種分布出現的概率

之所以選這道題

是因為光量子計算機目前最擅長的就是解這道題

也最容易在這道題上實現“量子優越性”

不同路線的量子計算機會解的題也不同

比如超導量子計算則擅長解“隨機線路取樣”

Q：“九章三號”距離通用量子計算機還有多遠？

A：實際上離得還非常遠

通用量子計算機需要操縱上千萬的量子比特

同時也要具備糾錯能力

這些都需要在現有量子計算原型機基礎上

不斷迭代，慢慢實現

國際主流觀點認為

要研制通用量子計算機

至少還需要5到10年時間

然而在此過程中可以期待

操縱數百個量子比特的量子模擬機

能夠解決一些超級計算機無法勝任

具有重大實用價值的問題

如密碼破譯、大數據優化、天氣預報、藥物分析等

一位量子科技工作者曾形容：

“正如蒸汽機第一次被裝在馬車上

誰能想到它孕育著改變世界的力量！”

坐在“量子馬車”上的各位

準備好了嗎？

策劃：齊慧杰

監制：胡國香 徐海濤

終審：于衛亞

記者：陳諾 王文源

視頻：戴威 屈彥

編輯：陳倩 黃康懿 莊云凱

支持：中國科學技術大學藝術與科學研究中心、美麗科學團隊

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聯合出品