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世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机

世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机“九章”诞生在中国。

2020年12月4日，计算机量计算机简介中国科学技术大学的章量潘建伟、陆朝阳等人构建了一台76个光子100个模式的计算机量计算机简介量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的章量速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。

也就是计算机量计算机简介说，超级计算机需要一亿年完成的章量任务，“九章”只需一分钟。计算机量计算机简介同时，章量“九章”也等效地比谷歌去年发布的计算机量计算机简介53个超导比特量子计算机原型机“悬铃木”快一百亿倍。

“九章”的章量架构

从外观上看，与其说它是计算机，倒不如说是一台敞开式的运算系统：实验桌上3平方米左右的格子里摆满了上千个部件，“这些都是量子计算机原型机的光路”，正是通过中国自主创新的量子光源、量子干涉、单光子探测器等，构建了76个光子的量子计算原型。

另一张桌子上，摆放着“九章”的接收器。如果站在两张桌子之间，就意味着置身于“九章”之中”。原来，神秘的“九章”就是一堆光路和接收装置。

“九章”量子计算机这么猛，到底能做啥？只为了一条公式的结果吗

最近我国的科协技术在天上的在地上的，都有了突破，天上的是咱们的嫦娥5号，地上的就是咱们的量子 科技 。这两项 科技 几乎都是每一个发达国家梦寐以求梦寐以求的制高点。

前两天，我国又有了重大的 科技 突破，这个重大的突破，是在最前沿的技术量子技术上，我国科学家宣布构建了76个光子（量子比特）的计算机原型机“九章”。这意味着中国在量子通信领域领先的地位已经毋庸置疑。咋又领先了呢？怎么回事？到底牛在哪里？

本次我国发布76个光子的量子计算机原型机“九章”，在求解数学算法高斯波色取样的速度，是目前最快的超级计算机100万亿倍 ，在此次运算中 “九章” 仅用了200秒就完成了，而如果传统的超级计算机所需要的时间是6亿年，跟传统计算机比，没什么好比的。 “九章” 的速度是去年谷歌发布的 53 个超导比特量子计算原型机“悬铃木”快100亿倍。你没听错是比谷歌最牛的量子霸权要快100亿倍，这些数字已经超过我的理解范围，反正就是你有1块钱，我有100亿，你明白了这个差距了吧？

量子是构成物质的最基本单元，它是能量的最基本携带者，也就是他已经不可以分割出更小的单位了。

科学家是如何利用量子的呢？要利用量子就必须了解量子的特性。量只有两个特性，

传统的计算机，一切都是逻辑电路，也就是由N个开关组成的集成电路体，任何一个开关都可以实现开和关（通电与不通电）的其中一种状态，我们在计算机里面的称之0和1，这就是二进制。 而量子这家伙不但有拥有0和1这两状态，它还存在一个种是0也是1的两种状态的结合，也就是存在第三种可能，不确定状态，称为量子的叠加态。

啥意思，玩人是吧！

当然不是，量子本身是自转的，没有去观察的时候，它是按是45旋转的，当去观察时，你只能看到两种可能中的一种，上旋或者是下旋。也就是去观察时，只能看到两种状态，看不到第三种状态。就比如，有人问你，你爸爸在家吗？如果你回家看过了，你会给出两种可能的答案，在或不在，但是你没有回去看过，你只能回答不确定，也是就一种未知的状态，有可能在，也有可能不在，这就第三种状态，未知的！

当有三种可以利用的状态时，这就变成了三进制，一生二，二生三，三生万物，三进制对二进制来讲是一种降维打击，同一时间二进制只可以做两种逻辑运算，但三进制可以做三种逻辑运算。二进制64位运算是2的64次方，结果是18446744073709551616，总共20位数，而量子的三进制是3的64次方，结果是 3.43368382 10^30，总共是31位数，约是二进制的200亿倍。而这一次，“九章”的计算能力是3的76次方，算不出来。

在上面我们知道，量子是组成物质最小的单位，也是能量的最基本携带者，说明了光子是由多个量子组成的，而这些量子是形成一个量子系统的，相互响影的。其中一个量子改变成了自己的特性，也响应其它量子的特性，这就是量子纠缠。但这个量子纠缠有一个很重的特性，它不受空间的限制，其中一个量子发生改变，与其发量子纠缠的量子离多远，都会第一时间发生变改。科学家将一粒粒子一分为二，将它们分离 1200公里之外，其中一部分改变了量子属性，在1200公里外的量子属性也跟着改变。到目前为止，科学家都不知道是什么原因导致量就会有这种特性，有人认为可能就是暗物质的存在，也许有某一种的吸引力来吸引着量子，就像地球引力或者或者像地球的南极北极的引力一样，但这都只是一种猜测。

科学家们是如何利用量子的特性的呢？

从上面我们知道量子有叠加态，正因为量子有叠加态，所以没有一个准确的答案，也就是说，如果单一用叠加态的话，无法做出计算机出来的，因为它最终没有得到一个确定的结果，它就像另一个宇宙一样，什么可能都有。科学家们如果想要自己得到的结果，就利用了量子的纠缠态，改变某一个量子的特性，就等于输入自己的条件，而量子计算机也就是按这些条件继续产生未来的可能。所以说量子计算机最重要的一点就是干涉，只有通过干涉才能得到自己想要的结果。是不是有点改变命运的感觉？

因为量子计算机强大的计算能力，它可以把整个宇宙所容纳的可能性，在短时间内计算出来。只要我们能够有能力控制300个量子，它所容纳的可能性就是宇宙诞生以来的所有可能性。

量子计算机对我们有什么好处呢？

第一，我们可以利用计算机建构许多的模型，我们可以找出 历史 的真相，我们可以知道未来的发展，密码这些东西对于量子系统计来讲，简直就是小菜一碟。

第二、我们可以通过建构模型，预测未来的发展，这样的话我们就可以提前对一些事情做一些改变我们叫做改变命运。比如有一个台风的出现，只要有足够计算的能力，我们就有可能知道整个台风发展的趋势和走向，可以通过干涉来改变台风的走向，甚至将台风化解。

第三、国家对金融、经济、股市的走势有了更好地把握，可以更精准的出招，困扰人类 社会 多年的经济危机，将不会再有。

第四、算命、改变命运这些东西，也就太简单了，因为人生真的很短暂，数据量真的很少，加入适当的变量，就会有适当的人生。控制和改变一个人的人生是非常容易的。

其实太多可能性了，它可以计算出一个宇宙， 、我们就在宇宙之内，变成一切都是可控的，也许最后就是一个有秩序的世界。

外部知识：

什么是“九章”呢？

“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。《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。

光量子计算机。

也就是对光分子的一个控制，利用量子的叠加态和纠缠态，加以干涉的一系列过程的装置。在光量子计算机领域，中国科学技术大学潘建伟院士、陆朝阳教授领导的团队，研制出一种操控5个粒子（即5个光量子比特）的光量子计算原型机，在完成“玻色取样”任务时，它的速度不仅比国际同行之前所有类似实验的最高纪录加快至少24000倍，同时，通过和经典算法比较，也比人类 历史 上第一台电子管计算机ENIAC和第一台晶体管计算机TRADIC的运行速度快10倍—100倍。

量子计算机“九章”

来源:光明日报

量子计算机“九章”

【晒晒咱的国之重器11】

2020年12月4日，中国科学技术大学宣布该校潘建伟院士团队成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”。同日，国际学术期刊《科学》发表了该成果，这是“一个最先进的实验”“一个重大成就”，审稿人如此评价。

有多重大？答案是：这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。

所谓“量子优越性”，即对于特定任务，量子计算机可以解决，而现存的任何经典计算机运用任何已知算法，都不能在一个可接受的时间内完成。

有多“优越”？“九章”对于处理高斯玻色取样的速度比超级计算机“富岳”快100万亿倍，也就是说，当求解5000万个样本的高斯玻色取样时，“九章”需200秒，而截至2020年，世界最快的超级计算机“富岳”需6亿年。同时，“九章”克服了谷歌超导量子比特计算机“悬铃木”的一个漏洞。

“在费曼提出量子计算的概念近40年后，‘九章’在实验上严格地证明了量子计算的加速能力，把梦想变成了现实。”潘建伟团队成员、中国科学技术大学教授陆朝阳说，和原子、离子、超导电路等类型的量子计算机相比，光量子计算可在室温下、空气中运行，能克服量子噪声极限，结构亦相对比较简单。“‘九章’使得我国第一次进入国际量子计算第一方阵。”

“九章”啥样？在安徽合肥微尺度物质科学国家研究中心，两个通过光纤连接起来的长3米宽1.5米的不起眼“盒子”和“盒子”里密布的光学元器件，就是“九章”。“一个用来产生光源，另一个进行干涉，把光信号变成电信号后引到隔壁的探测器进行分析。”陆朝阳的学生、“九章”论文第一作者、95后博士生钟翰森介绍。

值得一提的是，研制出“九章”的团队，除了潘建伟、陆朝阳几位导师外，主力都是像钟翰森这样的年轻人！

更值得骄傲的是，“九章”构建后不到一年，2021年10月，“九章”的升级版“九章二号”成功构建，再次刷新国际光量子操纵的技术水平，其处理特定问题比目前全球最快的超级计算机快亿亿亿倍。

加上2021年10月中国科大发布的超导量子计算机“祖冲之二号”，这一系列令人瞩目的成果，标志着我国已成为世界上唯一一个在超导和光量子两个“赛道”上达到“量子优越性”里程碑的国家。

“证明‘量子优越性’，可以说是量子计算机研制征程上的一个里程碑。‘九章二号’和‘祖冲之二号’的诞生，像一对双子星，照亮了量子应用更广阔的前程。”潘建伟说。

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