原標(biāo)題：張禮立 ： 中國 “九章”量子計算機到底厲害在哪？

【背景信息】12月4日，《科學(xué)》雜志公布了 中國 “九章” 的重大突破。 這臺由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等學(xué)者研制的76個光子的量子計算原型機，推動全球量子計算的前沿研究達到一個新高度。盡管距離實際應(yīng)用仍有漫漫長路，但成功實現(xiàn)了“量子計算優(yōu)越 性”(國外也稱之為 “量子霸權(quán)”)的里 程碑式突破。

對我而言，沒學(xué)過量子力學(xué)，也不是量子計算的專家，但多少對這個話題還是非常感興趣的，畢竟，數(shù)字和信息科技的工作中，很多時候也離不開對量子計算有些討論和學(xué)習(xí)。 今天周末，我想就借著這個重大的突破事件，和大家聊聊，我眼中的量子計算，不成熟，不正確的地方，還請大家多多教正。

#1. 量子計算要比傳統(tǒng)計算機快多少？

據(jù)悉，“九章”一分鐘完成的任務(wù)，超級計算機需要一億年。 這個說法不太好理解，到底“九章”到底有多快？ 我們從 “超級計算機”有多快說起。 “超級計算機”多年前就基本可以實現(xiàn)比我們的家用電腦要快個上千萬倍 ，計算速度差不多也是光速的300多萬倍。 您可以簡單理解，量子計算就是“瞬間”就完成的事。

潘建偉教授對此表示，光量子計算機可實現(xiàn)的算法稱為「玻色取樣」，這是在經(jīng)典計算機上很難有效求解的。 如果要將兩者作對比的話，利用萬億次經(jīng)典計算機分解300位的大數(shù)，需15萬 年，而萬億次量子計算機只需1秒即可出結(jié)果 。

到底多快，就是“瞬間”。

#2. 量子計算這么快的原理是啥？

量子計算快的奧秘是因為：量子世界本質(zhì)上是平行的

舉個例子。 假設(shè)我們身處在一個房間里，一堵墻上有2個裂縫。 當(dāng)您打開電燈的時候，光會瞬間穿過墻壁上的兩個裂縫。 對，是一瞬間的事情 ！現(xiàn)在，假設(shè)您面前的一堵墻上有 n 個裂縫，那么，打開燈后，燈光就會瞬間穿越所有墻壁上的裂縫。

現(xiàn)在，我們把房間里燈光比作量子粒子的話，您可以想象，量子粒子，可以在一瞬間，且同時穿過墻壁上所有的洞。 所以，量 子計算機能夠進行高速并行的量子計算，遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的計算機有效 ，就是這個原理。

了解量子計算的“超級并行”下的“瞬間”快，我們再回過頭來看現(xiàn)在的通用計算機做個簡單的比較。 現(xiàn)在的計算機，其原理就是利用晶體管，控制電平的高低，來表達0或1，而每個晶體管就是一個比特。所有晶體管比特通過電路的串連，計算也只好是一步一步進行。要提高運算速度，那就要突破單位面積內(nèi)的晶體管數(shù)，晶 體管數(shù)量越多運算能力也就越強。

#3. 那么量子計算有啥用？

有很多朋友也關(guān)心，量子計算的作用。簡單來講，現(xiàn)在量子計算還是處于起步的階段，雖然有突破，但離開通用還有相當(dāng)?shù)木嚯x，但是，對人類的未來卻是意義非凡。

我們使用計算機已經(jīng)有幾十年了，發(fā)展也是異常迅猛。 作為地球上最智能的物種，我們正目睹著比人類更為智能的、新的人工智能的出現(xiàn)! 而這一切都似乎與摩爾定律所描述的計算力、 互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)爆發(fā)性增長以及區(qū)塊鏈為代表的生產(chǎn)關(guān)系 智能算法，這三點的快速發(fā)展離不開。

我們現(xiàn)在處在人類歷史的特殊時代。 目前泛計算機與 生物之間可能已經(jīng)有些個突破口出現(xiàn)了。 顯 然，人工智能的快速發(fā)展，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基因分析、大腦仿真、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)以及生物和生命科學(xué)等都需要數(shù)據(jù)以及對難以想象的數(shù)據(jù)需要強大而快速的計算能力，因為算力就是戰(zhàn)斗力，而量子計算的強大在于能夠提供強大的算力。

未來的通用型量子計算機，可基于非凡的并行計算能力實現(xiàn)金融市場分析預(yù)測、道路交通優(yōu)化、溯源全鏈密碼分析、加速新藥研制等現(xiàn)實應(yīng)用。這時候，就是量子計算和人工智能就會結(jié)合，實現(xiàn)人機共生的局面。

再深入一層，我們?nèi)绻锢韺W(xué)來看世界，自然的根本是“量子”。今天，如果我們?nèi)祟愊Ｍ胗糜嬎銠C模擬自然，要完全實現(xiàn)實現(xiàn)智能，量子的計算機估計是唯一辦法了。當(dāng)然，也要認(rèn)識到量子計算是一種計算設(shè)備，是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。

#4. 量子計算的挑戰(zhàn)？

量子計算機是一類遵循物理量子力學(xué)規(guī)律，可以幫助我們?nèi)祟愡M行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置，因此，一定有自身的發(fā)展挑戰(zhàn)。

首先量子比特是相當(dāng)脆弱的，信息難以保存，微弱的環(huán)境噪音就可以毀滅量子特性。 因此，能找到任何途徑，能實現(xiàn)量子比特在傳輸可不受環(huán)境的干擾和影響，發(fā)揮作用，那就是 突破了。 其次，特別是在 如何大幅度提高可集成的量子比特數(shù)目(百萬量級)的研究上是個大的挑戰(zhàn)。

#5. 量子計算離開我們普通應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？

基本量子計算的發(fā)展分為三個階段，現(xiàn)在已經(jīng)走完第一階段。

第一階段，就是谷歌實現(xiàn)的量子霸權(quán)，即針對一些特殊問題，造出一臺比目前計算機更快的量子計算機，對于一些超級計算機無法解決的高復(fù)雜度特定問題實現(xiàn)高效求解，實現(xiàn)計算科學(xué)中“量子計算優(yōu)越性”的里程碑。 第二階段，希望能夠?qū)?幾百個量子比特，實現(xiàn)一種專用的量子模擬機，用于高溫超導(dǎo)機制、特殊材料設(shè)計等目前計算機無法處理的問題 第三階段就是爭取造出可編程的通用量子計算機。

量子霸權(quán)這個詞的發(fā)明人 John Preskill 在 2012 年提出量子霸權(quán)這個概念的時候問過自己，大規(guī)模量子計算究竟是非常非常困難，還是不可思議 的困難？ 前者意味著還有幾十年的路要走，后者意味著可能還要幾個世紀(jì)。 今天中國 “九章” 的重大突破應(yīng)該是給出了答案。

科學(xué)的最高志向從來就是簡單和普世。 未來，我們把量子計算、人工智能和區(qū)塊鏈結(jié)合在一起，或許我們?nèi)祟愓娴目梢栽杏鲂挛锓N了。相信， 未來世界屬于量子生命，讓我們共同期待。

請讓我們一起，向科學(xué)家們致敬 ！返回搜狐，查看更多

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總結(jié)

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