很多朋友對(duì)于九章量子計(jì)算機(jī)和中國(guó)九章量子計(jì)算機(jī)不太懂，今天就由小編來(lái)為大家分享，希望可以幫助到大家，下面一起來(lái)看看吧！
12月4日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)宣布，潘建偉團(tuán)隊(duì)與中科院上海微系統(tǒng)所、國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，成功構(gòu)建出76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，求解數(shù)學(xué)算法的高斯玻色采樣問(wèn)題，并在線發(fā)表論文《用光子使用量子計(jì)算優(yōu)越性》，成功宣告中國(guó)成為獲得“量子優(yōu)越性”的第二個(gè)國(guó)家，而“量子優(yōu)越性”，還有另一個(gè)說(shuō)法，叫做“量子霸權(quán)”。也就是說(shuō)中國(guó)是第二個(gè)擁有“量子霸權(quán)”的國(guó)家，僅次于美國(guó)。
那么這個(gè)“量子霸權(quán)”到底有什么用呢？量子計(jì)算機(jī)能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)計(jì)算機(jī)嗎？量子計(jì)算機(jī)到底是什么東西？
這是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律，并可以進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)以及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個(gè)裝備處理和計(jì)算的量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。和普通的計(jì)算機(jī)相比，你可以將它理解成用量子力學(xué)規(guī)律來(lái)進(jìn)行高速運(yùn)算的計(jì)算機(jī)，同時(shí)擁有運(yùn)行速度快，處理信息能力較強(qiáng)，應(yīng)用范圍較廣的特點(diǎn)。
它的運(yùn)行速度到底有多快呢？以這次潘建偉教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“九章”來(lái)說(shuō)，九章這次解決的問(wèn)題叫做“高斯玻色采樣”。相信不少人都知道高爾頓釘板，它是由英國(guó)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)家高爾頓設(shè)計(jì)，一個(gè)用來(lái)計(jì)算隨機(jī)概率的設(shè)施。
在一塊釘板上，在相同距離釘上釘子，使所有的釘子彼此間的距離都保持相等，然后在正中間入口處放上玻璃球，小圓球在向下降落的過(guò)程中，碰到的釘子皆會(huì)以1/2的概率，向左或者向右滾動(dòng)，然后再碰到下一層的釘子，繼續(xù)向左或者向右滾動(dòng)，一直到滾到底板下面的位置。
而高斯采樣就是將許許多多的小球，不斷放入，去研究它們最終會(huì)在底板每個(gè)格子出現(xiàn)的概率，即所謂的研究隨機(jī)現(xiàn)象的模型。而玻色是什么呢？它是指量子計(jì)算機(jī)將小玻璃球換成各種玻色子，例如這次“九章”采用的就是光子，成功采取5000萬(wàn)個(gè)樣本的研究數(shù)據(jù)。
不要小看這個(gè)問(wèn)題，如果我們采用的是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算這個(gè)問(wèn)題，那么普通計(jì)算機(jī)是需要上百億年才能成功計(jì)算出結(jié)果。而如果采用的是目前世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”來(lái)說(shuō)，同樣也需要6億年的時(shí)間才能解答這個(gè)問(wèn)題。但“九章”呢？它僅僅只需要200秒的時(shí)間，就將所有樣本的輸出結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。
速度到底有多快不用說(shuō)明了吧。如果不理解，我們?cè)賮?lái)說(shuō)說(shuō)美國(guó)。2019年，谷歌發(fā)明的“懸鈴木”量子計(jì)算機(jī)，讓美國(guó)成為首個(gè)獲得“量子優(yōu)越性”的國(guó)家。這是一個(gè)采用53個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)，針對(duì)的是隨機(jī)線路取樣的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是一個(gè)人走到一個(gè)路口，有向左和向右的兩條道路，不管是向哪邊走，依舊會(huì)出現(xiàn)向左和向右的兩條岔路，以此去觀察最后的結(jié)果。
對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，“懸鈴木”同樣只用200秒就完成100萬(wàn)次的取樣，如果采用當(dāng)時(shí)世界上最快的超算“頂峰”來(lái)說(shuō)，需要2天半的時(shí)間才能計(jì)算出來(lái)。值得一提的是，這次我們發(fā)明的“九章”，如果以計(jì)算速度而言，是要比谷歌的“懸鈴木”要快上100億倍。
不過(guò)也只是按照理論來(lái)說(shuō)，因?yàn)閮烧呙鎸?duì)的問(wèn)題不同，兩者采用的量子比特不同，很難評(píng)價(jià)到底是誰(shuí)的性能更好一些。如此快速的計(jì)算能力，不難理解為什么各國(guó)要研究量子計(jì)算機(jī)了吧？
在未來(lái)世界，當(dāng)人們解決量子計(jì)算機(jī)在邏輯計(jì)算的限制后，帶來(lái)的是難以想象的高效計(jì)算能力。
但量子計(jì)算機(jī)太抽象，因此從很難被人們認(rèn)可。很多人就在疑惑一件事，量子計(jì)算機(jī)會(huì)不會(huì)取代傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，會(huì)不會(huì)以后我們打游戲、看視頻，都是用量子計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行操作的。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，就目前來(lái)看是完全不可能的。
因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)如今更多的職責(zé)，是解決那種人類和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以完成的高效運(yùn)算和信息處理的問(wèn)題。但未來(lái)會(huì)怎么樣，目前其實(shí)還不好說(shuō)，可能會(huì)取代也可能不會(huì)取代。為什么這么說(shuō)呢？
首先我們得理解，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)的差異性。學(xué)過(guò)計(jì)算機(jī)知識(shí)的人都應(yīng)該知道“比特”是什么，說(shuō)的其實(shí)就是信息量單位，也就是二進(jìn)制數(shù)字中的“位”。二進(jìn)制，是計(jì)算機(jī)最基本的工作原理，而每一個(gè)“0和1”都是一個(gè)“位”。就比如32位計(jì)算機(jī)的CPU，說(shuō)的就是和這個(gè)CPU一次最多只能處理32位數(shù)據(jù)。
而量子計(jì)算機(jī)也是如此。不過(guò)它最基本的單位不是“比特”，而是“量子比特”，目前對(duì)于這個(gè)東西還沒(méi)有一個(gè)明確的定義，但簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是用量子態(tài)的物質(zhì)來(lái)做基本單位。如此一來(lái)，它計(jì)算時(shí)還需要結(jié)合量子的各種狀態(tài)，籠統(tǒng)說(shuō)起來(lái)，比特的狀態(tài)是唯一的，但量子比特是允許在同一時(shí)刻擁有兩個(gè)狀態(tài)的疊加，這是量子計(jì)算的基本性質(zhì)，可以理解成，它是“薛定諤的比特”。
不過(guò)和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，量子計(jì)算機(jī)如今的限制很多。目前全球還沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格意義上的量子計(jì)算機(jī)，就是“九章”，其實(shí)都只是原型機(jī)。因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)需要滿足4個(gè)條件。一是用這個(gè)物理體系可以表示量子比特；二是可以把量子比特制備到特定的初始狀態(tài)；三是可以把這個(gè)體系按照期望的方式進(jìn)行變化；四是可以測(cè)量體系的輸出。
因此現(xiàn)如今的量子比特，往往都局限在光學(xué)、離子阱、超導(dǎo)和核磁共振，我們的九章就是采用光學(xué)，而懸鈴木則是采用超導(dǎo)。因此，量子計(jì)算機(jī)距離實(shí)用還十分遙遠(yuǎn)，即便他擁有難以想象的運(yùn)行速度，但我們?nèi)缃袷菬o(wú)法拿來(lái)使用的，只能用來(lái)計(jì)算一些問(wèn)題。
因此，如果你問(wèn)量子計(jì)算機(jī)打游戲會(huì)卡嗎？只會(huì)讓人啼笑皆非，現(xiàn)如今的量子計(jì)算機(jī)，更被科學(xué)家關(guān)注的，其實(shí)是它解決的問(wèn)題是什么，就比如這次的“高濕玻色采樣”。
但你也別以為，量子計(jì)算機(jī)就沒(méi)有用了，它未來(lái)的前景是無(wú)限光明的，并且就對(duì)現(xiàn)階段而言，它體現(xiàn)的還是中國(guó)技術(shù)的突破。一個(gè)是證明，我國(guó)掌握現(xiàn)如今的最強(qiáng)能力的量子光源；一個(gè)是證明，我國(guó)掌握現(xiàn)如今最強(qiáng)大的干涉技術(shù)；一個(gè)是證明，我國(guó)掌握微觀粒子的高精密操控技術(shù)。還有就是上海微系統(tǒng)所研發(fā)的探測(cè)器，也代表的是現(xiàn)如今的最高技術(shù)水平，都是在表達(dá)，中國(guó)量子技術(shù)上的成功和突破。“九章”的研發(fā)成功，讓中國(guó)在量子領(lǐng)域處于優(yōu)越地位。
對(duì)于量子的東西，對(duì)于我們普通人而言是十分抽象，但它確實(shí)關(guān)系著許多科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)難題。許多人類至今無(wú)法解決的問(wèn)題，以后都得靠量子計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行。如果我國(guó)能夠一直保持領(lǐng)先，我們的科技水平也將迅速提高，現(xiàn)在你還會(huì)覺(jué)得量子計(jì)算機(jī)沒(méi)有用嗎？
量子計(jì)算機(jī)九章：6億年計(jì)算，它只需200秒，超谷歌100億倍
“九章”的超高算力主要依靠的是其量子疊加態(tài)和量子并行運(yùn)算。以兩個(gè)比特的系統(tǒng)為例，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一次只能表示00/01/10/11中的一個(gè)，需要四次才可將其全部表示出來(lái)；而量子疊加態(tài)只需要一次，就可以完成傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的工作。因此量子計(jì)算機(jī)的算力得到了巨大的提升。以“九章”為例，它由七十六個(gè)光子控制，其算力在2的76次冪級(jí)別，因此其計(jì)算能力遙遙領(lǐng)先傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。
量子并行運(yùn)算與傳統(tǒng)并行運(yùn)算不同。以穿越迷宮為例，在上萬(wàn)條路中只有一條通向出口。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)像是一只螞蟻，先選擇一條路一直走到死胡同再換一條，如此往復(fù)直至找到出口；而量子計(jì)算機(jī)像是一群螞蟻，它們分工明確，可以一次性包攬所有的路，從而快速找到出口。
近年來(lái)，中國(guó)在量子技術(shù)領(lǐng)域取得了一系列重大進(jìn)展。2020年12月4日，《科學(xué)》雜志公布的中國(guó)“九章”計(jì)算機(jī)重大突破，讓世界矚目。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)“九章”，在谷歌“懸鈴木”計(jì)算機(jī)之后，再次成功實(shí)現(xiàn)了“量子計(jì)算優(yōu)越性”的里程碑式突破。
世界首臺(tái)光量子計(jì)算機(jī)“九章”誕生在中國(guó)。2020年12月4日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉、陸朝陽(yáng)等人構(gòu)建了一臺(tái)76個(gè)光子100個(gè)模式的量子計(jì)算機(jī)“九章”，它處理“高斯玻色取樣”的速度比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”快一百萬(wàn)億倍。
也就是說(shuō)，超級(jí)計(jì)算機(jī)需要一億年完成的任務(wù)，“九章”只需一分鐘。同時(shí)，“九章”也等效地比谷歌去年發(fā)布的53個(gè)超導(dǎo)比特量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)“懸鈴木”快一百億倍。
“九章”的架構(gòu)
從外觀上看，與其說(shuō)它是計(jì)算機(jī)，倒不如說(shuō)是一臺(tái)敞開(kāi)式的運(yùn)算系統(tǒng)：實(shí)驗(yàn)桌上3平方米左右的格子里擺滿了上千個(gè)部件，“這些都是量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)的光路”，正是通過(guò)中國(guó)自主創(chuàng)新的量子光源、量子干涉、單光子探測(cè)器等，構(gòu)建了76個(gè)光子的量子計(jì)算原型。
另一張桌子上，擺放著“九章”的接收器。如果站在兩張桌子之間，就意味著置身于“九章”之中”。原來(lái)，神秘的“九章”就是一堆光路和接收裝置。
來(lái)源:光明日?qǐng)?bào)
量子計(jì)算機(jī)“九章”
【曬曬咱的國(guó)之重器11】
2020年12月4日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)宣布該校潘建偉院士團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”。同日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表了該成果，這是“一個(gè)最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)”“一個(gè)重大成就”，審稿人如此評(píng)價(jià)。
有多重大？答案是：這一突破使我國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國(guó)家。
所謂“量子優(yōu)越性”，即對(duì)于特定任務(wù)，量子計(jì)算機(jī)可以解決，而現(xiàn)存的任何經(jīng)典計(jì)算機(jī)運(yùn)用任何已知算法，都不能在一個(gè)可接受的時(shí)間內(nèi)完成。
有多“優(yōu)越”？“九章”對(duì)于處理高斯玻色取樣的速度比超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”快100萬(wàn)億倍，也就是說(shuō)，當(dāng)求解5000萬(wàn)個(gè)樣本的高斯玻色取樣時(shí)，“九章”需200秒，而截至2020年，世界最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”需6億年。同時(shí)，“九章”克服了谷歌超導(dǎo)量子比特計(jì)算機(jī)“懸鈴木”的一個(gè)漏洞。
“在費(fèi)曼提出量子計(jì)算的概念近40年后，‘九章’在實(shí)驗(yàn)上嚴(yán)格地證明了量子計(jì)算的加速能力，把夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)。”潘建偉團(tuán)隊(duì)成員、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陸朝陽(yáng)說(shuō)，和原子、離子、超導(dǎo)電路等類型的量子計(jì)算機(jī)相比，光量子計(jì)算可在室溫下、空氣中運(yùn)行，能克服量子噪聲極限，結(jié)構(gòu)亦相對(duì)比較簡(jiǎn)單。“‘九章’使得我國(guó)第一次進(jìn)入國(guó)際量子計(jì)算第一方陣。”
“九章”啥樣？在安徽合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心，兩個(gè)通過(guò)光纖連接起來(lái)的長(zhǎng)3米寬1.5米的不起眼“盒子”和“盒子”里密布的光學(xué)元器件，就是“九章”。“一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生光源，另一個(gè)進(jìn)行干涉，把光信號(hào)變成電信號(hào)后引到隔壁的探測(cè)器進(jìn)行分析。”陸朝陽(yáng)的學(xué)生、“九章”論文第一作者、95后博士生鐘翰森介紹。
值得一提的是，研制出“九章”的團(tuán)隊(duì)，除了潘建偉、陸朝陽(yáng)幾位導(dǎo)師外，主力都是像鐘翰森這樣的年輕人！
更值得驕傲的是，“九章”構(gòu)建后不到一年，2021年10月，“九章”的升級(jí)版“九章二號(hào)”成功構(gòu)建，再次刷新國(guó)際光量子操縱的技術(shù)水平，其處理特定問(wèn)題比目前全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快億億億倍。
加上2021年10月中國(guó)科大發(fā)布的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“祖沖之二號(hào)”，這一系列令人矚目的成果，標(biāo)志著我國(guó)已成為世界上唯一一個(gè)在超導(dǎo)和光量子兩個(gè)“賽道”上達(dá)到“量子優(yōu)越性”里程碑的國(guó)家。
“證明‘量子優(yōu)越性’，可以說(shuō)是量子計(jì)算機(jī)研制征程上的一個(gè)里程碑。‘九章二號(hào)’和‘祖沖之二號(hào)’的誕生，像一對(duì)雙子星，照亮了量子應(yīng)用更廣闊的前程。”潘建偉說(shuō)。
量子科技是人類社會(huì)的重要未來(lái)科技，代表了人類的發(fā)展方向。其中的量子計(jì)算機(jī)是未來(lái)各國(guó)爭(zhēng)奪的科技制高點(diǎn)，各個(gè)大國(guó)都在爭(zhēng)相發(fā)展，以求奪取量子霸權(quán)。
“九章”量子計(jì)算機(jī)是中國(guó)量子科技和量子計(jì)算機(jī)能力的展示，更是在已知的量子計(jì)算機(jī)中奪得世界第一！
九章量子計(jì)算機(jī)的介紹就聊到這里吧，感謝你花時(shí)間閱讀本站內(nèi)容，更多關(guān)于中國(guó)九章量子計(jì)算機(jī)、九章量子計(jì)算機(jī)的信息別忘了在本站進(jìn)行查找哦。
