“九章三号”来了！中国在研制量子计算机之路上迈出重要一步丨科技观察

封面新闻记者燕磊

10月11日，中国科学技术大学发布消息，该校潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中国科学院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建了255个光子的量子计算原型机“九章三号”，再度刷新了光量子信息的技术水平和量子计算优越性的世界纪录。

国际学术期刊《物理评论快报》当天发表了这一成果。这也意味着，中国在研制量子计算机之路上又迈出重要一步。

资料图

“量子计算优越性”是什么？

量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。1981年，诺贝尔奖获得者理查德·费曼提出量子计算机构想。

研制量子计算机是当前世界科技前沿的最大挑战之一。为此，国际学术界制定了三步走的发展路线。其中，第一步是实现“量子计算优越性”，即通过对近百个量子比特的高精度量子调控，对特定问题的求解展现超级计算机无法比拟的算力，这标志着40年前费曼等人的梦想成为现实。

“量子计算优越性”实验还可用于检验计算科学的“扩展的丘奇—图灵论题”。同时，在此过程中，发展出可扩展的量子调控技术，为具备容错能力的通用量子计算机的研制提供技术基础。

据介绍，中国科大团队在理论上首次发展了包含光子全同性的新理论模型，实现了更精确的理论与实验的吻合；同时，发展了完备的贝叶斯验证和关联函数验证，全面排除了所有已知的经典仿冒算法，为量子计算优越性提供了进一步数据支撑。

量子计算优越性的研究是一个复杂而富有挑战性的工作，量子计算硬件与经典算法之间存在着长期竞争。潘建伟团队表示，期待这次突破能激发科学界更多关于经典算法模拟的研究，解决各种科学和工程挑战，加快实现通用型量子计算机。

实验装置示意图

“九章三号”研制成功意味着什么？

“九章三号”求解高斯玻色取样数学问题的速度，比目前全球最快的超级计算机快一亿亿倍。“九章”取名于中国古代数学名著《九章算术》。

2019年，美国谷歌公司研制出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。2020年，潘建伟团队构建76个光子的量子计算原型机“九章”，使中国成为全球第二个实现量子优越性的国家。

2021年，潘建伟团队成功研制出113个光子的“九章二号”和66比特的“祖冲之二号”量子计算原型机，从而使中国成为在光学和超导两条技术路线上都实现量子优越性的国家。

根据公开正式发表的最优经典精确采样算法，“九章三号”处理高斯玻色取样的速度比上一代“九章二号”提升一百万倍。“九章三号”在百万分之一秒时间内所处理的最高复杂度的样本，需要当前最强的超级计算机“前沿”（Frontier）花费超过二百亿年的时间。这一成果进一步巩固了我国在光量子计算领域的国际领先地位。

未来的通用型量子计算机有望在密码破译、天气预报、材料设计等领域发挥作用。不过，目前的“九章三号”还只是具有潜在应用价值的“单项冠军”，要研制成功量子计算机还有很长的路要走。