量子計算機九章挖礦

『壹』 九章量子計算機意義

「九章」量子計算機的問世，確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位，為未來實現可解決具有重大實用價值問題的規模化量子模擬機奠定了技術基礎。

隨著計算能力的進一步提升，量子計算機將有望在密碼破譯、材料設計、葯物分析等具有實用價值的領域發揮重要作用。

根據目前最優的經典演算法，「九章」對於處理高斯玻色取樣的速度比目前世界排名第一的超級計算機「富岳」快一百萬億倍，等效地比谷歌去年發布的53比特量子計算原型機「懸鈴木」快一百億倍。

同時，通過高斯玻色取樣證明的量子計算優越性不依賴於樣本數量，克服了谷歌53比特隨機線路取樣實驗中量子優越性依賴於樣本數量的漏洞。「九章」輸出量子態空間規模達到了1030（「懸鈴木」輸出量子態空間規模是1016，目前全世界的存儲容量是1022）。

(1)量子計算機九章挖礦擴展閱讀：

潘建偉介紹，將實現量子計算優越性的這台量子原型機命名為「九章」，是為了紀念中國古代最早的數學專著《九章算術》。在「九章」量子原型機的基礎上，研究團隊將通過提高量子比特的操縱精度等一系列技術攻關，力爭盡早研製出可編程的通用量子計算原型機。

中國科學院院士、中國科學技術大學教授、潘建偉：希望能夠通過15年到20年的努力，能夠研製出通用的量子計算機，這樣的話它就可以來解決很多非常廣泛的問題了。比如包括密碼分析、氣象預報、葯物設計，探索物理學或者化學生物學裡面的一些復雜的問題。

『貳』 量子計算原型機"九章"問世，它究竟有多快

2020年12月4日，一項關於潘建偉團隊量子計算原型機「九章」問世的成果出現在《科學》雜志上，這意味著我國在量子計算機領域取得了里程碑式的發展。據悉這台量子計算原型機在處理高斯玻色取樣的速度方面比目前世界上最快的超級計算機「富岳」還要快一百萬億倍！

科學研究總是在繼續的，學如逆水行舟，不進則退，對於研究也是如此，而潘建偉團隊總是在行舟的路上不懈前進。從2017年，構建了世界首台超越早期經典計算機（ENIAC）的光量子計算原型機，到2019年，團隊進一步研製了國際最高性能單光子光源，再到如今量子計算原型機「九章」問世，遠超世界第一的超級計算機「富岳」，潘建偉團隊不斷在逆水行舟征途上積極進取，開拓創新，這值得我們後輩學習！

『叄』 實現「量子霸權」：了不起的「九章」計算機

近日，我國在量子計算領域取得了里程碑式的突破。中國科學技術大學宣稱該校學者潘建偉帶領的團隊成功構建了76個光子的量子計算原型機「九章」，實現了具有實用前景的「高斯玻色取樣」任務的快速求解。這一成果牢固確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位。

「九章」為何這么快？

「九章」的計算之快源於其計算形式。量子計算機與我們平時接觸到的普通計算機的計算形式不同。普通計算機通過電路的開與關來進行計算，單位信息比特只有1和0兩種形式，一些更復雜的運算操作則是通過多位信息的邏輯運算實現的。

而量子計算機使用粒子的狀態作為計算形式，由於粒子能夠同時處於多種狀態，因此量子計算機的單個比特可以承載更多的信息。在「九章」中使用的量子載體為光子，光子除了亮和滅兩種形態以外，還存在不同的偏振態，因此，一個光子能夠表達的不僅是0和1兩種狀態，含包括兩者組合疊加的多樣結果。粒子的使用使得量子計算機的運算速度能夠突破電路性能的限制，得到了極大程度的提升。

利用量子天然具備的疊加性，量子計算機得以施展並行計算的能力。隨著比特數的增加，信息的存儲量和運行速度將以指數形式增長，這是普通計算機難以企及的。

不過，需要明確的是，「九章」目前還不算是真正的「量子計算機」，而是「量子計算原型機」。此前潘建偉院士曾表示，通用量子計算機的問世可能還需要15-30年的時間。目前「九章」還不能進行通用運算，只能作為計算「高斯玻色采樣」的實驗設備，輔助傳統計算機進行運算。

據悉，「九章」初步將被應用於量子化學以及圖論中組合數學的研究中去，後續可能被用於機器學習的研究。「九章」的實際應用還需要更多更有效的 探索 。

「九章」的構建之路

目前，研製量子計算機已成為世界 科技 前沿的最大挑戰之一。潘建偉團隊一直在光量子信息處理方面處於國際領先水平。早在2017年，該團隊就聚焦於量子點光源，構建出了世界首台超越早期經典計算機的光量子計算原型機。

在2019年，該團隊又更進一步，在光子數和計算復雜度等關鍵指標上實驗大幅度提升，逼近「量子計算優越性」。而這次，潘建偉團隊通過自主研製同時具備高效率、高全同性、極高亮度和大規模擴展能力的量子光源，最終突破了光子效能的瓶頸，成功構建了「九章」。

在「九章」的構建之路上，該團隊經歷的困難遠超想像，該設備對鎖相精度的要求高達十的負九次方。團隊中的陸朝陽曾這樣描述他們遇到的難題，「我們需要50路光子同時通過20多米的光層，每一路都要保持25納米的精度，這相當於你讓50匹馬一起跑過100公里，必須同時到達，每匹馬的誤差，不能超過一根頭發絲。」這樣的形容充分說明了「九章」成果的來之不易。

值得一提的是，此次「九章」的研發團隊中有四位90後成員，期中年齡最小的一位成員1997年出生，這也讓我們切實地看到了「後浪」的力量。在這些年輕的新力量的推動下，建設世界 科技 強國，未來可期。

實現「量子霸權」

「九章」的成功研發也意味著我國實現了「量子霸權」。所謂量子霸權，也稱量子計算優越性，是指量子計算裝置在特定測試案例上表現出超越所有經典計算機的計算能力。實現量子霸權是量子計算發展的重要里程碑，這確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位。

量子計算機強大的並行運算能力，可以推動密碼破譯、材料設計、葯物分析等具有重大使用價值難題的解決，加速 科技 進步。量子計算機的未來是人類 科技 前進的一個方向，而「九章」的出現給予了中國引領世界發展的希望。

上一個聲稱實現量子霸權的是來自美國的谷歌公司，他們於2019年研發了使用53個量子比特的量子計算機「懸鈴木」。但與「懸鈴木」相比，「九章」有很大的超越。

首先，通過與最快的超級計算機的等效比較，「九章」的計算速度要比「懸鈴木」快一百億倍。除此之外，「九章」有著更強的環境適應性。「懸鈴木」對於運行環境有著很高的要求，需要在零下273.12攝氏度下運行，但「九章」只有探測部分需要低溫環境，其他部分在室溫環境下也可以運行。這意味著「九章」的使用更加便利，使用范圍也更廣。

還有重要的一點是，「九章」彌補了「懸鈴木」的技術漏洞。「懸鈴木」的運算速度與樣本數量有著緊密的練習，「懸鈴木」的運算速度只有在小樣本的情況下才優於超級計算機。而「九章」的運算能力不依賴於樣本數量，不管樣本多大，都能保持了優越的運算速度。這也是為何「九章」的出現能在世界范圍內引起如此大的轟動，許多外國科學家都對「九章」表示了肯定，並對發明團隊表達了敬意。

不過潘建偉也表示，「量子霸權就是碾壓一切」的觀點是錯誤的。他認為，「量子優越性實驗並不是一個一蹴而就的工作。而是更快的經典演算法和不斷提升的量子計算硬體之間的競爭,但最終量子並行性會產生經典計算機無法企及的算力。」

『肆』 量子計算機「九章」問世發布了評測，如何評價「九章」這意味著什麼

量子計算機「九章」問世，這一成果牢固確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位。基於「九章」的「高斯玻色取樣」演算法，未來將在圖論、機器學習、量子化學等領域具有重要的潛在應用價值。

「『九章』在同樣的賽道上，比『懸鈴木』快一百億倍，這就是等效速度，也意味著我國在量子計算上實現了『量子霸權』」；「九章」問世後，贏得科學界一致肯定，《科學》雜志審稿人認為，此項成果是「一個最先進的實驗」「一個重大成就」。

(4)量子計算機九章挖礦擴展閱讀：

中科大新聞稿還指出，根據目前最優的經典演算法，「九章」對於處理高斯玻色取樣的速度比超級計算機「富岳」快100萬億倍，等效地比谷歌的超導量子比特計算機「懸鈴木」快100億倍。

量子計算機「九章」系統原理：左上方激光系統產生高峰值功率飛秒脈沖； 左方25個光源通過參量下轉換過程產生50路單模壓縮態輸入到右方100模式光量子干涉網路; 最後利用100個高效率超導單光子探測器對干涉儀輸出光量子態進行探測。

『伍』 里程碑式突破！——潘建偉團隊解說「九章」量子計算機

新華社合肥12月4日電題：里程碑式突破！——潘建偉團隊解說「九章」量子計算機

在一個特定賽道上，200秒的「量子算力」，相當於目前「最強超算」6億年的計算能力！12月4日，《科學》雜志公布了中國「九章」的重大突破。

這台由中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等學者研製的76個光子的量子計算原型機，推動全球量子計算的前沿研究達到一個新高度。盡管距離實際應用仍有漫漫長路，但成功實現了「量子計算優越性」的里程碑式突破。

（小標題）算力新高度 技術三優勢

「量子優越性」——橫亘在量子計算研究之路上的第一道難關。

這是一個科學術語：作為新生事物的量子計算機，一旦在某個問題上的計算能力超過了最強的傳統計算機，就證明了量子計算機的優越性，跨過了未來多方面超越傳統計算機的門檻。

去年9月，美國谷歌公司宣布研製出53個量子比特的計算機「懸鈴木」，對一個數學問題的計算只需200秒，而當時世界最快的超級計算機「頂峰」需要2天，因此他們在全球首次實現了「量子優越性」。

近期，中科大潘建偉團隊與中科院上海微系統與信息技術研究所、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」。

「取名『九章』，是為了紀念中國古代著名數學專著《九章算術》。」潘建偉說。

實驗顯示，「九章」對經典數學演算法高斯玻色取樣的計算速度，比目前世界最快的超算「富岳」快一百萬億倍，從而在全球第二個實現了「量子優越性」。

高斯玻色取樣是一個計算概率分布的演算法，可用於編碼和求解多種問題。當求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣問題時，「九章」需200秒，而目前世界上最快的超級計算機「富岳」需6億年；當求解100億個樣本時，「九章」需10小時，「富岳」需1200億年。

潘建偉團隊表示，相比「懸鈴木」，「九章」有三大優勢：一是速度更快。雖然算的不是同一個數學問題，但與最快的超算等效比較，「九章」比「懸鈴木」快100億倍。二是環境適應性。「懸鈴木」需要零下273.12攝氏度的運行環境，而「九章」除了探測部分需要零下269.12攝氏度的環境外，其他部分可以在室溫下運行。三是彌補了技術漏洞。「懸鈴木」只有在小樣本的情況下快於超算，「九章」在小樣本和大樣本上均快於超算。

「打個比方，就是谷歌的機器短跑可以跑贏超算，長跑跑不贏；我們的機器短跑和長跑都能跑贏。」他們說。

（小標題）20年努力攻克三大技術難關

對於「九章」的突破，《科學》雜志審稿人評價這是「一個最先進的實驗」「一個重大成就」。

多位國際知名專家也給予高度評價。「這是量子領域的重大突破，朝著研製比傳統計算機更有優勢的量子設備邁出一大步！我相信成果背後付出了巨大的努力。」德國馬克斯·普朗克研究所所長伊格納西奧·西拉克說。

美國麻省理工學院教授德克·英格倫認為，這是「一項了不起的成就」「一個劃時代的成果」。

加拿大卡爾加里大學量子研究所所長巴里·桑德斯說，毫無疑問，這個實驗結果遠遠超出了傳統機器的模擬能力。

據了解，潘建偉團隊這次突破歷經了20年努力，從2001年開始組建實驗室，他們曾多次刷新量子糾纏數量的世界紀錄。「九章」的突破，主要攻克了三大技術難關：高品質量子光源、高精度鎖相技術、規模化干涉技術。

其中的高品質量子光源，是目前國際上唯一同時具備高效率、高全同性、高亮度和大規模擴展能力的量子光源。「比如說，我們每次喝下一口水很容易，但要每次喝下一個水分子非常困難。」中科大教授陸朝陽說，高品質光源要保證每次只「放出」1個光子，且每個光子要一模一樣，這是巨大挑戰。同時，鎖相精度要控制在10的負9次方以內，相當於傳輸一百公里距離，偏差不能超過一根頭發絲的直徑。

此外，為了核驗「九章」算得「准不準」，他們用超算同步驗證。「10個、20個光子的時候，結果都能對得上，到40個光子的時候超算就比較吃力了，而『九章』一直算到了76個光子。」陸朝陽說，另一方面，超算的耗電量太大，計算40個光子時需要電費200萬元，41個光子需要400萬元，42個光子需要800萬元，推算下去將是天文數字。

（小標題）「算力革命」躍馬人類未來

當前，量子計算已成為全球各國競相角逐的焦點。比如近期，歐盟宣布擬投資80億歐元，研究量子計算等新一代算力技術。

「量子計算機在原理上具有超快的並行計算能力，可望通過特定演算法在密碼破譯、大數據優化、天氣預報、材料設計、葯物分析等領域，提供比傳統計算機更強的算力支持。」潘建偉說。

據了解，國際主流觀點認為，量子計算機的發展將有三個階段：

第一階段，研製50個到100個量子比特的專用量子計算機，實現「量子優越性」里程碑式突破。

第二階段，研製可操縱數百個量子比特的量子模擬機，解決一些超級計算機無法勝任、具有重大實用價值的問題，比如量子化學、新材料設計、優化演算法等。

第三階段，大幅提高量子比特的操縱精度、集成數量和容錯能力，研製可編程的通用量子計算原型機。

目前，「九章」還處在第一階段，但在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用價值。

潘建偉團隊表示，「量子優越性」實驗並非一蹴而就的工作，而是更快的經典演算法和不斷提升的量子計算硬體之間的競爭，但最終量子計算機會產生傳統計算機無法企及的算力。下一步，他們將在光子、超導、冷原子等多條技術線路上推進研究。

『陸』 200秒完成6億年工作，量子計算機「九章」到底有多牛

2020年的12月4日，中國科學技術大學宣布，量子計算原型機“九章”構建成功。對於“九章”，最近出現了很多相關的文章，但相信，大部分人對於“九章”還是半知不解的。最關鍵的一點就是，量子計算機“九章”到底牛在哪裡？

量子計算機再厲害，如果沒有應用場景就等於一切沒有意義。量子計算機雖然是量子領域的一個新項目，但大家千萬不要認為它離我們現實的生活很遠。事實上，量子計算機可以被應用在天氣預報、葯物研製、交通調度、保密通信、軍事等領域。

量子計算機必然會成為下一個高科技的拐點，當然，僅以現在的市場發展來說，一切都還僅僅是一個開始，量子計算機在技術及應用上還有一段很長的路程要走。