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2020 12/ 04 19:43:05
來源:新華網

超快的!超酷的!它來了!

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  12月4日,中國科學技術大學宣布該校潘建偉、陸朝陽等人成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”,求解數學算法高斯玻色取樣只需200秒,而目前世界最快的超級計算機要用6億年。這一突破使我國成為全球第二個實現“量子優越性”的國家。而“九章”的名字取自我國古代非常重要的數學專著《九章算術》。

  “量子”是個啥?

  量子是什麼?根據量子理論,量子是構成物質的最基本單元,是能量的最基本攜帶者。我們中學物理書上提到的分子、原子、電子,其實都是量子的不同形式。可以説,我們的世界由量子組成,我們每個人都是“24K”純量子産品。

  而在量子世界裏,一切都是不確定的。一個粒子在量子世界裏位置、狀態等變化是隨機的,無法預知和判斷。

  舉個更形象的例子,從廣州到北京,可以坐高鐵,也可以坐飛機。到北京後,別人問你是怎麼來的,你説坐高鐵,那就肯定不會是坐飛機了。這就是具有確定性的經典物理世界。在量子世界中,在特定的環境下,就會存在既坐了高鐵,也坐了飛機,兩條路一起來的“量子疊加”現象。量子的這些特性給了它突破經典技術極限的可能,科學家們正在加緊研發各種量子器件,希望能夠為我們服務。

  這是光量子幹涉實物圖:左下方為輸入光學部分,右下方為鎖相光路,上方共輸出100個光學模式,分別通過低損耗單模光纖與100超導單光子探測器連接。新華社發

  “量子計算機”強在哪?

  顧名思義,量子計算機可以利用量子的特性進行計算,而這種特性就是“量子疊加”,讓量子可以實現並行計算。目前我們常用的計算機,一次只能處理2的N次方個數據中的其中一個,這相當于一個擁有一雙手的人,一個時間段只能做一件事情;而量子並行計算原理上能夠對這2的N次方個數據同時進行處理,可以同時做2的N次方雙手可以做的事情。

  去年9月,美國谷歌公司推出53個量子比特的計算機“懸鈴木”,對一個數學算法的計算只需200秒,而當時世界最快的超級計算機“頂峰”需2天,實現了“量子計算優越性”。不過,“懸鈴木”所能處理的問題,當樣本數量不斷增大時,它的優越性就會逐漸消失甚至變得反而不如經典計算機了。

  近期,潘建偉團隊與中科院上海微係統所、國家並行計算機工程技術研究中心合作,成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”。實驗顯示,當求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣時,“九章”需200秒,而目前世界最快的超級計算機“富岳”需6億年。等效來看,“九章”的計算速度比“懸鈴木”快100億倍,並彌補了“懸鈴木”的量子計算優越性依賴于樣本數量的技術漏洞。

這是光量子幹涉示意圖。新華社發

  “量子計算機”未來有什麼用?

  量子計算機未來的應用范圍很廣泛。在天文領域,量子計算機可以處理海量的天文數據,發現更多的行星。在天氣預報方面,量子計算機可以同時計算大量數據,準確給出臺風、雷暴等惡劣天氣在何時何地出現,可以有效防范災害。量子計算機還可能輔助藥物研發,快速計算出需要的數據,加快藥物的研究。

  與通用計算機相比,“九章”還只是“單項冠軍”。但其超強算力,在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用價值。相信在未來,“九章”還會給我們帶來更多的驚喜。

  (編導/袁晗 視頻/劉廈 實習生 周樞閣)

     特別鳴謝:中國科學技術大學李力老師、徐洋老師

     文字來源:新華社、央視、澎湃、中青在線

   

【糾錯】 【責任編輯:袁晗 】
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