原標(biāo)題：張禮立 ： 中國(guó) “九章”量子計(jì)算機(jī)到底厲害在哪？

【背景信息】12月4日，《科學(xué)》雜志公布了 中國(guó) “九章” 的重大突破。 這臺(tái)由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)等學(xué)者研制的76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)，推動(dòng)全球量子計(jì)算的前沿研究達(dá)到一個(gè)新高度。盡管距離實(shí)際應(yīng)用仍有漫漫長(zhǎng)路，但成功實(shí)現(xiàn)了“量子計(jì)算優(yōu)越 性”(國(guó)外也稱(chēng)之為 “量子霸權(quán)”)的里 程碑式突破。

對(duì)我而言，沒(méi)學(xué)過(guò)量子力學(xué)，也不是量子計(jì)算的專(zhuān)家，但多少對(duì)這個(gè)話(huà)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(shí)候也離不開(kāi)對(duì)量子計(jì)算有些討論和學(xué)習(xí)。 今天周末，我想就借著這個(gè)重大的突破事件，和大家聊聊，我眼中的量子計(jì)算，不成熟，不正確的地方，還請(qǐng)大家多多教正。

#1. 量子計(jì)算要比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快多少？

據(jù)悉，“九章”一分鐘完成的任務(wù)，超級(jí)計(jì)算機(jī)需要一億年。 這個(gè)說(shuō)法不太好理解，到底“九章”到底有多快？ 我們從 “超級(jí)計(jì)算機(jī)”有多快說(shuō)起。 “超級(jí)計(jì)算機(jī)”多年前就基本可以實(shí)現(xiàn)比我們的家用電腦要快個(gè)上千萬(wàn)倍 ，計(jì)算速度差不多也是光速的300多萬(wàn)倍。 您可以簡(jiǎn)單理解，量子計(jì)算就是“瞬間”就完成的事。

潘建偉教授對(duì)此表示，光量子計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)的算法稱(chēng)為「玻色取樣」，這是在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上很難有效求解的。 如果要將兩者作對(duì)比的話(huà)，利用萬(wàn)億次經(jīng)典計(jì)算機(jī)分解300位的大數(shù)，需15萬(wàn) 年，而萬(wàn)億次量子計(jì)算機(jī)只需1秒即可出結(jié)果 。

到底多快，就是“瞬間”。

#2. 量子計(jì)算這么快的原理是啥？

量子計(jì)算快的奧秘是因?yàn)?#xff1a;量子世界本質(zhì)上是平行的

舉個(gè)例子。 假設(shè)我們身處在一個(gè)房間里，一堵墻上有2個(gè)裂縫。 當(dāng)您打開(kāi)電燈的時(shí)候，光會(huì)瞬間穿過(guò)墻壁上的兩個(gè)裂縫。 對(duì)，是一瞬間的事情 ！現(xiàn)在，假設(shè)您面前的一堵墻上有 n 個(gè)裂縫，那么，打開(kāi)燈后，燈光就會(huì)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(huà)，您可以想象，量子粒子，可以在一瞬間，且同時(shí)穿過(guò)墻壁上所有的洞。 所以，量 子計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行高速并行的量子計(jì)算，遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)有效 ，就是這個(gè)原理。

了解量子計(jì)算的“超級(jí)并行”下的“瞬間”快，我們?cè)倩剡^(guò)頭來(lái)看現(xiàn)在的通用計(jì)算機(jī)做個(gè)簡(jiǎn)單的比較。 現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)，其原理就是利用晶體管，控制電平的高低，來(lái)表達(dá)0或1，而每個(gè)晶體管就是一個(gè)比特。所有晶體管比特通過(guò)電路的串連，計(jì)算也只好是一步一步進(jìn)行。要提高運(yùn)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(yùn)算能力也就越強(qiáng)。

#3. 那么量子計(jì)算有啥用？

有很多朋友也關(guān)心，量子計(jì)算的作用。簡(jiǎn)單來(lái)講，現(xiàn)在量子計(jì)算還是處于起步的階段，雖然有突破，但離開(kāi)通用還有相當(dāng)?shù)木嚯x，但是，對(duì)人類(lèi)的未來(lái)卻是意義非凡。

我們使用計(jì)算機(jī)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(lèi)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(jì)算力、 互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)爆發(fā)性增長(zhǎng)以及區(qū)塊鏈為代表的生產(chǎn)關(guān)系 智能算法，這三點(diǎn)的快速發(fā)展離不開(kāi)。

我們現(xiàn)在處在人類(lèi)歷史的特殊時(shí)代。 目前泛計(jì)算機(jī)與 生物之間可能已經(jīng)有些個(gè)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(duì)難以想象的數(shù)據(jù)需要強(qiáng)大而快速的計(jì)算能力，因?yàn)樗懔褪菓?zhàn)斗力，而量子計(jì)算的強(qiáng)大在于能夠提供強(qiáng)大的算力。

未來(lái)的通用型量子計(jì)算機(jī)，可基于非凡的并行計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)金融市場(chǎng)分析預(yù)測(cè)、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(shí)應(yīng)用。這時(shí)候，就是量子計(jì)算和人工智能就會(huì)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人機(jī)共生的局面。

再深入一層，我們?nèi)绻锢韺W(xué)來(lái)看世界，自然的根本是“量子”。今天，如果我們?nèi)祟?lèi)希望想用計(jì)算機(jī)模擬自然，要完全實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)智能，量子的計(jì)算機(jī)估計(jì)是唯一辦法了。當(dāng)然，也要認(rèn)識(shí)到量子計(jì)算是一種計(jì)算設(shè)備，是一類(lèi)遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。

#4. 量子計(jì)算的挑戰(zhàn)？

量子計(jì)算機(jī)是一類(lèi)遵循物理量子力學(xué)規(guī)律，可以幫助我們?nèi)祟?lèi)進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)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(shí)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?cái)?shù)目(百萬(wàn)量級(jí))的研究上是個(gè)大的挑戰(zhàn)。

#5. 量子計(jì)算離開(kāi)我們普通應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？

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

第一階段，就是谷歌實(shí)現(xiàn)的量子霸權(quán)，即針對(duì)一些特殊問(wèn)題，造出一臺(tái)比目前計(jì)算機(jī)更快的量子計(jì)算機(jī)，對(duì)于一些超級(jí)計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的高復(fù)雜度特定問(wèn)題實(shí)現(xiàn)高效求解，實(shí)現(xiàn)計(jì)算科學(xué)中“量子計(jì)算優(yōu)越性”的里程碑。 第二階段，希望能夠?qū)?幾百個(gè)量子比特，實(shí)現(xiàn)一種專(zhuān)用的量子模擬機(jī)，用于高溫超導(dǎo)機(jī)制、特殊材料設(shè)計(jì)等目前計(jì)算機(jī)無(wú)法處理的問(wèn)題 第三階段就是爭(zhēng)取造出可編程的通用量子計(jì)算機(jī)。

量子霸權(quán)這個(gè)詞的發(fā)明人 John Preskill 在 2012 年提出量子霸權(quán)這個(gè)概念的時(shí)候問(wèn)過(guò)自己，大規(guī)模量子計(jì)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(gè)世紀(jì)。 今天中國(guó) “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(lái)就是簡(jiǎn)單和普世。 未來(lái)，我們把量子計(jì)算、人工智能和區(qū)塊鏈結(jié)合在一起，或許我們?nèi)祟?lèi)真的可以孕育出新物種了。相信， 未來(lái)世界屬于量子生命，讓我們共同期待。

請(qǐng)讓我們一起，向科學(xué)家們致敬 ！返回搜狐，查看更多

責(zé)任編輯：

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的量子计算机九章能否预测未来,张礼立 ： 中国 “九章”量子计算机到底厉害在哪？...的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。