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中国量子计算原型机九章问世,速度有多快?怎么实现的?

2020-12-04 11:10:23 综合报道 阅读:
新华社12月4日消息,我国科学家宣布构建了76个光子(量子比特)的量子计算原型机“九章”。中国在量子通信领域的世界领先地位已毋庸置疑,量子计算原型机的发布,把中国在量子计算领域又向前推进了一大步。

新华社12月4日消息,我国科学家宣布构建了76个光子(量子比特)的量子计算原型机“九章”。中国在量子通信领域的世界领先地位已毋庸置疑,量子计算原型机的发布,把中国在量子计算领域又向前推进了一大步。Nf6ednc

该成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位,为未来实现可解决具有重大实用价值问题的规模化量子模拟机奠定了技术基础。此外,基于“九章号”量子计算原型机的高斯玻色取样算法在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用,将是后续发展的重要方向。Nf6ednc

为什么叫“九章”

“九章”得名于我国古代一部知名的数学专著,是中国古代张苍、耿寿昌所撰写。最后成书最迟在东汉前期。Nf6ednc

《九章算术》内容十分丰富,全书总结了战国、秦、汉时期的数学成就。同时,《九章算术》在数学上还有其独到的成就,不仅最早提到分数问题,也首先记录了盈不足等问题,《方程》章还在世界数学史上首次阐述了负数及其加减运算法则。它是一本综合性的历史著作,是当时世界上最简练有效的应用数学,它的出现标志中国古代数学形成了完整的体系。Nf6ednc

“九章”有多快?

为何量子计算很重要?因为算力就是战斗力。量子计算的强大在于能够提供强大算力。Nf6ednc

本次中国发布了76个光子的量子计算原型机“九章”。以速度来看,求解数学算法高斯玻色取样的速度只需200秒,而目前的超级计算机要用6亿年。通常认为,50个量子比特是证明量子计算机有望超越传统计算机的关键门槛。 Nf6ednc

同等来比,该量子计算系统处理高斯玻色取样的速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍(“九章”一分钟完成的任务,超级计算机需要一亿年)。等效地,其速度比去年谷歌发布的 53 个超导比特量子计算原型机“悬铃木”快一百亿倍。Nf6ednc

中国科学技术大学宣布,中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作,构建了 76 个光子 100 个模式的量子计算原型机 “九章”,实现了具有实用前景的 “高斯玻色取样”任务的快速求解。Nf6ednc

潘建伟团队一直在光量子信息处理方面处于国际领先水平。2017年,该团队构建了世界首台超越早期经典计算机(ENIAC)的光量子计算原型机。2019年,团队进一步研制了确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的国际最高性能单光子源,实现了20光子输入60模式干涉线路的玻色取样,输出复杂度相当于48个量子比特的希尔伯特态空间,逼近了“量子计算优越性”。Nf6ednc

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图:“九章”量子计算原型机光路系统原理图。 图源:中国科学技术大学Nf6ednc

潘建伟团队通过自主研制同时具备高效率、高全同性、极高亮度和大规模扩展能力的量子光源,同时满足相位稳定、全连通随机矩阵、波包重合度优于 99.5%、通过率优于 98% 的 100 模式干涉线路,相对光程 10-9 以内的锁相精度,高效率 100 通道超导纳米线单光子探测器,成功构建了 76 个光子 100 个模式的高斯玻色取样量子计算原型机 “九章”。Nf6ednc

量子计算的三个阶段

潘建伟院士认为量子计算的发展分为三个阶段,现在已经走完第一阶段。Nf6ednc

他指出:第一阶段,就是谷歌实现的量子霸权,即针对一些特殊问题,造出一台比目前计算机更快的量子计算机,大概需要50个量子比特;(发展具备50-100个量子比特的高精度专用量子计算机,对于一些超级计算机无法解决的高复杂度特定问题实现高效求解,实现计算科学中“量子计算优越性”的里程碑。)Nf6ednc

第二阶段,希望能够操纵几百个量子比特,实现一种专用的量子模拟机,用于高温超导机制、特殊材料设计等目前计算机无法处理的问题;(通过对规模化多体量子体系的精确制备、操控与探测,研制可相干操纵数百个量子比特的量子模拟机)Nf6ednc

第三阶段就是争取未来二三十年,造出可编程的通用量子计算机。(通过积累在专用量子计算与模拟机的研制过程中发展起来的各种技术,提高量子比特的操纵精度使之达到能超越量子计算苛刻的容错阈值(>99.9%),大幅度提高可集成的量子比特数目(百万量级),实现容错量子逻辑门,研制可编程的通用量子计算原型机。)Nf6ednc

责编:胡安Nf6ednc

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