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圖為“九章三號”實驗裝置示意圖

新華社合肥10月11日電題：“九章三號”量子計算原型機(jī)問世 中國確立算力新里程碑

新華社記者何曦悅、徐海濤、郭鑫

中國科研團(tuán)隊11日宣布，成功構(gòu)建量子計算原型機(jī)“九章三號”，再度刷新光量子信息技術(shù)世界紀(jì)錄?！熬耪氯枴鼻蠼飧咚共Ｉ訑?shù)學(xué)問題的速度比目前全球最快的超級計算機(jī)快一億億倍。

這是繼2020年實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”后，中國科研團(tuán)隊再次確立量子算力的新里程碑。

根據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)11日公布的消息，255個光子的“九章三號”量子計算原型機(jī)由該校潘建偉、陸朝陽等組成的研究團(tuán)隊與中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、國家并行計算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作構(gòu)建。當(dāng)天，國際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》也發(fā)表了這一科研成果。

量子計算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進(jìn)行計算的新型計算模式，1981年，諾貝爾獎獲得者理查德·費曼首先提出了量子計算機(jī)構(gòu)想?！熬耪隆眲t得名于中國古代數(shù)學(xué)專著《九章算術(shù)》，這部書總結(jié)了戰(zhàn)國、秦、漢時期的數(shù)學(xué)成就。

國際學(xué)術(shù)界通常對量子計算的實驗發(fā)展制定“三步走”的路線圖，其中第一步就是實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”，即通過高精度地操縱近百個物理比特，高效求解超級計算機(jī)無法在合理時間內(nèi)解決的特定高復(fù)雜度數(shù)學(xué)問題。

“‘量子優(yōu)越性’像個門檻，是指當(dāng)新生的量子計算原型機(jī)，在某個問題上的計算能力超過了最強(qiáng)的傳統(tǒng)計算機(jī)，就證明其未來有多方超越的可能?！敝袊拼蠼淌陉懗栒f，多年來國際學(xué)界高度關(guān)注、期待這個里程碑式轉(zhuǎn)折點到來。

2019年，美國谷歌公司宣布研制出53個量子比特的計算機(jī)“懸鈴木”，在全球首次實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”。2020年，潘建偉團(tuán)隊構(gòu)建76個光子的量子計算原型機(jī)，取名“九章”。“九章”處理高斯玻色取樣問題的速度比當(dāng)時最快的超級計算機(jī)快一百萬億倍，使中國成為全球第二個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。

2021年，該團(tuán)隊又成功研制113個光子的“九章二號”和66比特的“祖沖之二號”量子計算原型機(jī)，使中國成為唯一在光學(xué)和超導(dǎo)兩條技術(shù)路線都實現(xiàn)量子優(yōu)越性的國家。

此次最新發(fā)布的“九章三號”首次實現(xiàn)了對255個光子的操縱能力，極大提升了計算的復(fù)雜度。根據(jù)業(yè)界公開的最優(yōu)算法，“九章三號”處理高斯玻色取樣的速度比“九章二號”提升一百萬倍，“九章三號”1微秒可算出的最復(fù)雜樣本，當(dāng)前全球最快的超級計算機(jī)“前沿”約需200億年。

高斯玻色取樣是一個計算概率分布的算法，可用于編碼和求解多種問題，需要極大的運算量。

“‘九章三號’較‘九章二號’最大的升級就在于‘時空解復(fù)用的光纖環(huán)’上，過去的‘九章二號’無法解析光子具體數(shù)量，光纖環(huán)的應(yīng)用能夠大幅度提高光子的操縱水平?！标懗栒f，與此同時，受激量子光源也是目前世界上損耗率最低、模式數(shù)最多的，提高了光子數(shù)和品質(zhì)，提升了計算的復(fù)雜度。

“量子計算機(jī)在原理上具有超快的并行計算能力，可望通過特定算法在密碼破譯、大數(shù)據(jù)優(yōu)化、天氣預(yù)報、材料設(shè)計、藥物分析等領(lǐng)域，提供比傳統(tǒng)計算機(jī)更強(qiáng)的算力支持。”潘建偉說。

當(dāng)前，國際量子計算研究呈加速態(tài)勢，量子計算成為全球各國科研和戰(zhàn)略布局的重點，包括IBM、谷歌等在內(nèi)的科技巨頭不斷加碼，各國政府和行業(yè)也正加速對量子計算的研發(fā)投資和政策扶持。

“通用量子計算機(jī)需要操縱上千萬的量子比特，同時也要具備糾錯能力，這些都是目前九章系列量子計算原型機(jī)需要迭代實現(xiàn)的，量子技術(shù)的實用化是一場接力長跑?！标懗栒f。

根據(jù)量子計算“三步走”路線圖，第二步是研制可操縱數(shù)百個量子比特的量子模擬機(jī)，解決一些超級計算機(jī)無法勝任、具有重大實用價值的問題。第三步，大幅提高量子比特的操縱精度、集成數(shù)量和容錯能力，研制可編程的通用量子計算機(jī)。

國際主流觀點認(rèn)為，要研制通用型量子計算機(jī)，至少還需要5年到10年時間。

潘建偉團(tuán)隊表示，期待這次突破能激發(fā)科學(xué)界更多關(guān)于經(jīng)典算法模擬的研究，逐步解決各種科學(xué)和工程挑戰(zhàn)，加快實現(xiàn)通用型量子計算機(jī)推動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。