2020年12月4日，《科学》杂志公布中国“九章”计算机重大突破。这台由中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等学者研制的76个光子的量子计算原型机，求解“高斯玻色取样”这一问题只需200秒，而根据目前最优的经典算法估计，世界最快的超级计算机（以下简称超算）要用6亿年。200秒只是短短一瞬，6亿年早已是沧海桑田。在谷歌“悬铃木”之后，我国成为全球第二个实现“量子计算优越性”的国家。

量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，相比经典计算机，有望通过特定算法在一些具有重大社会和经济价值的问题方面实现指数级别的加速。当前，研制量子计算机已成为世界科技前沿的最大挑战之一，也是欧美各发达国家角逐的焦点。

量子计算研究要突破的第一道难关就是实现“量子计算优越性”。“量子计算优越性像个门槛，是指当新生的量子计算原型机，在某个问题上的计算能力超过了最强的传统计算机，就证明其未来有多方超越的可能。”中国科学技术大学教授陆朝阳说，多年来国际学界高度关注、期待这个里程碑式转折点的到来。

2019年9月，美国谷歌公司宣布研制出53个量子比特的计算机“悬铃木”，其对一个数学问题的计算只需200秒，而当时世界最快的超级计算机“顶峰”计算这个问题则需要2天，因此谷歌公司宣称他们在全球首次实现了量子优越性。

所谓高斯玻色取样，是一个计算概率分布的算法，可用于编码和求解多种问题。实验显示，“九章”对高斯玻色取样的计算速度，比目前世界最快的超算“富岳”快100万亿倍，同时也等效地比谷歌“悬铃木”快100亿倍。

相比“悬铃木”，潘建伟团队表示，“九章”有三大优势：一是速度更快。虽然算的不是同一个数学问题，但与最快的超算等效比较，“九章”比“悬铃木”快100亿倍。二是环境适应性。“悬铃木”需要零下273.12摄氏度的运行环境，而“九章”除了探测部分需要零下269.12摄氏度的环境外，其他部分可以在室温下运行。三是弥补了技术漏洞。“悬铃木”只有在小样本的情况下快于超算，“九章”在小样本和大样本上均快于超算。

对于“九章”的突破，《科学》杂志审稿人评价：这是“一个最先进的实验”“一个重大成就”。

潘建伟表示，这一成果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”量子计算原型机的高斯玻色取样算法在图论、机器学习、量子化学等领域均具有潜在应用，将是后续发展的重要方向。（记者 陆成宽）

来源： 科技日报