量子计算机九章挖矿

『壹』 九章量子计算机意义

“九章”量子计算机的问世，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。

随着计算能力的进一步提升，量子计算机将有望在密码破译、材料设计、药物分析等具有实用价值的领域发挥重要作用。

根据目前最优的经典算法，“九章”对于处理高斯玻色取样的速度比目前世界排名第一的超级计算机“富岳”快一百万亿倍，等效地比谷歌去年发布的53比特量子计算原型机“悬铃木”快一百亿倍。

同时，通过高斯玻色取样证明的量子计算优越性不依赖于样本数量，克服了谷歌53比特随机线路取样实验中量子优越性依赖于样本数量的漏洞。“九章”输出量子态空间规模达到了1030（“悬铃木”输出量子态空间规模是1016，目前全世界的存储容量是1022）。

(1)量子计算机九章挖矿扩展阅读：

潘建伟介绍，将实现量子计算优越性的这台量子原型机命名为“九章”，是为了纪念中国古代最早的数学专著《九章算术》。在“九章”量子原型机的基础上，研究团队将通过提高量子比特的操纵精度等一系列技术攻关，力争尽早研制出可编程的通用量子计算原型机。

中国科学院院士、中国科学技术大学教授、潘建伟：希望能够通过15年到20年的努力，能够研制出通用的量子计算机，这样的话它就可以来解决很多非常广泛的问题了。比如包括密码分析、气象预报、药物设计，探索物理学或者化学生物学里面的一些复杂的问题。

『贰』 量子计算原型机"九章"问世，它究竟有多快

2020年12月4日，一项关于潘建伟团队量子计算原型机“九章”问世的成果出现在《科学》杂志上，这意味着我国在量子计算机领域取得了里程碑式的发展。据悉这台量子计算原型机在处理高斯玻色取样的速度方面比目前世界上最快的超级计算机“富岳”还要快一百万亿倍！

科学研究总是在继续的，学如逆水行舟，不进则退，对于研究也是如此，而潘建伟团队总是在行舟的路上不懈前进。从2017年，构建了世界首台超越早期经典计算机（ENIAC）的光量子计算原型机，到2019年，团队进一步研制了国际最高性能单光子光源，再到如今量子计算原型机“九章”问世，远超世界第一的超级计算机“富岳”，潘建伟团队不断在逆水行舟征途上积极进取，开拓创新，这值得我们后辈学习！

『叁』 实现“量子霸权”：了不起的“九章”计算机

近日，我国在量子计算领域取得了里程碑式的突破。中国科学技术大学宣称该校学者潘建伟带领的团队成功构建了76个光子的量子计算原型机“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解。这一成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位。

“九章”为何这么快？

“九章”的计算之快源于其计算形式。量子计算机与我们平时接触到的普通计算机的计算形式不同。普通计算机通过电路的开与关来进行计算，单位信息比特只有1和0两种形式，一些更复杂的运算操作则是通过多位信息的逻辑运算实现的。

而量子计算机使用粒子的状态作为计算形式，由于粒子能够同时处于多种状态，因此量子计算机的单个比特可以承载更多的信息。在“九章”中使用的量子载体为光子，光子除了亮和灭两种形态以外，还存在不同的偏振态，因此，一个光子能够表达的不仅是0和1两种状态，含包括两者组合叠加的多样结果。粒子的使用使得量子计算机的运算速度能够突破电路性能的限制，得到了极大程度的提升。

利用量子天然具备的叠加性，量子计算机得以施展并行计算的能力。随着比特数的增加，信息的存储量和运行速度将以指数形式增长，这是普通计算机难以企及的。

不过，需要明确的是，“九章”目前还不算是真正的“量子计算机”，而是“量子计算原型机”。此前潘建伟院士曾表示，通用量子计算机的问世可能还需要15-30年的时间。目前“九章”还不能进行通用运算，只能作为计算“高斯玻色采样”的实验设备，辅助传统计算机进行运算。

据悉，“九章”初步将被应用于量子化学以及图论中组合数学的研究中去，后续可能被用于机器学习的研究。“九章”的实际应用还需要更多更有效的 探索 。

“九章”的构建之路

目前，研制量子计算机已成为世界 科技 前沿的最大挑战之一。潘建伟团队一直在光量子信息处理方面处于国际领先水平。早在2017年，该团队就聚焦于量子点光源，构建出了世界首台超越早期经典计算机的光量子计算原型机。

在2019年，该团队又更进一步，在光子数和计算复杂度等关键指标上实验大幅度提升，逼近“量子计算优越性”。而这次，潘建伟团队通过自主研制同时具备高效率、高全同性、极高亮度和大规模扩展能力的量子光源，最终突破了光子效能的瓶颈，成功构建了“九章”。

在“九章”的构建之路上，该团队经历的困难远超想象，该设备对锁相精度的要求高达十的负九次方。团队中的陆朝阳曾这样描述他们遇到的难题，“我们需要50路光子同时通过20多米的光层，每一路都要保持25纳米的精度，这相当于你让50匹马一起跑过100公里，必须同时到达，每匹马的误差，不能超过一根头发丝。”这样的形容充分说明了“九章”成果的来之不易。

值得一提的是，此次“九章”的研发团队中有四位90后成员，期中年龄最小的一位成员1997年出生，这也让我们切实地看到了“后浪”的力量。在这些年轻的新力量的推动下，建设世界 科技 强国，未来可期。

实现“量子霸权”

“九章”的成功研发也意味着我国实现了“量子霸权”。所谓量子霸权，也称量子计算优越性，是指量子计算装置在特定测试案例上表现出超越所有经典计算机的计算能力。实现量子霸权是量子计算发展的重要里程碑，这确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位。

量子计算机强大的并行运算能力，可以推动密码破译、材料设计、药物分析等具有重大使用价值难题的解决，加速 科技 进步。量子计算机的未来是人类 科技 前进的一个方向，而“九章”的出现给予了中国引领世界发展的希望。

上一个声称实现量子霸权的是来自美国的谷歌公司，他们于2019年研发了使用53个量子比特的量子计算机“悬铃木”。但与“悬铃木”相比，“九章”有很大的超越。

首先，通过与最快的超级计算机的等效比较，“九章”的计算速度要比“悬铃木”快一百亿倍。除此之外，“九章”有着更强的环境适应性。“悬铃木”对于运行环境有着很高的要求，需要在零下273.12摄氏度下运行，但“九章”只有探测部分需要低温环境，其他部分在室温环境下也可以运行。这意味着“九章”的使用更加便利，使用范围也更广。

还有重要的一点是，“九章”弥补了“悬铃木”的技术漏洞。“悬铃木”的运算速度与样本数量有着紧密的练习，“悬铃木”的运算速度只有在小样本的情况下才优于超级计算机。而“九章”的运算能力不依赖于样本数量，不管样本多大，都能保持了优越的运算速度。这也是为何“九章”的出现能在世界范围内引起如此大的轰动，许多外国科学家都对“九章”表示了肯定，并对发明团队表达了敬意。

不过潘建伟也表示，“量子霸权就是碾压一切”的观点是错误的。他认为，“量子优越性实验并不是一个一蹴而就的工作。而是更快的经典算法和不断提升的量子计算硬件之间的竞争,但最终量子并行性会产生经典计算机无法企及的算力。”

『肆』 量子计算机“九章”问世发布了评测，如何评价“九章”这意味着什么

量子计算机“九章”问世，这一成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位。基于“九章”的“高斯玻色取样”算法，未来将在图论、机器学习、量子化学等领域具有重要的潜在应用价值。

“‘九章’在同样的赛道上，比‘悬铃木’快一百亿倍，这就是等效速度，也意味着我国在量子计算上实现了‘量子霸权’”；“九章”问世后，赢得科学界一致肯定，《科学》杂志审稿人认为，此项成果是“一个最先进的实验”“一个重大成就”。

(4)量子计算机九章挖矿扩展阅读：

中科大新闻稿还指出，根据目前最优的经典算法，“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，等效地比谷歌的超导量子比特计算机“悬铃木”快100亿倍。

量子计算机“九章”系统原理：左上方激光系统产生高峰值功率飞秒脉冲； 左方25个光源通过参量下转换过程产生50路单模压缩态输入到右方100模式光量子干涉网络; 最后利用100个高效率超导单光子探测器对干涉仪输出光量子态进行探测。

『伍』 里程碑式突破！——潘建伟团队解说“九章”量子计算机

新华社合肥12月4日电题：里程碑式突破！——潘建伟团队解说“九章”量子计算机

在一个特定赛道上，200秒的“量子算力”，相当于目前“最强超算”6亿年的计算能力！12月4日，《科学》杂志公布了中国“九章”的重大突破。

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，推动全球量子计算的前沿研究达到一个新高度。尽管距离实际应用仍有漫漫长路，但成功实现了“量子计算优越性”的里程碑式突破。

（小标题）算力新高度 技术三优势

“量子优越性”——横亘在量子计算研究之路上的第一道难关。

这是一个科学术语：作为新生事物的量子计算机，一旦在某个问题上的计算能力超过了最强的传统计算机，就证明了量子计算机的优越性，跨过了未来多方面超越传统计算机的门槛。

去年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”，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”需要2天，因此他们在全球首次实现了“量子优越性”。

近期，中科大潘建伟团队与中科院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”。

“取名‘九章’，是为了纪念中国古代著名数学专著《九章算术》。”潘建伟说。

实验显示，“九章”对经典数学算法高斯玻色取样的计算速度，比目前世界最快的超算“富岳”快一百万亿倍，从而在全球第二个实现了“量子优越性”。

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。当求解5000万个样本的高斯玻色取样问题时，“九章”需200秒，而目前世界上最快的超级计算机“富岳”需6亿年；当求解100亿个样本时，“九章”需10小时，“富岳”需1200亿年。

潘建伟团队表示，相比“悬铃木”，“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。

“打个比方，就是谷歌的机器短跑可以跑赢超算，长跑跑不赢；我们的机器短跑和长跑都能跑赢。”他们说。

（小标题）20年努力攻克三大技术难关

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”。

多位国际知名专家也给予高度评价。“这是量子领域的重大突破，朝着研制比传统计算机更有优势的量子设备迈出一大步！我相信成果背后付出了巨大的努力。”德国马克斯·普朗克研究所所长伊格纳西奥·西拉克说。

美国麻省理工学院教授德克·英格伦认为，这是“一项了不起的成就”“一个划时代的成果”。

加拿大卡尔加里大学量子研究所所长巴里·桑德斯说，毫无疑问，这个实验结果远远超出了传统机器的模拟能力。

据了解，潘建伟团队这次突破历经了20年努力，从2001年开始组建实验室，他们曾多次刷新量子纠缠数量的世界纪录。“九章”的突破，主要攻克了三大技术难关：高品质量子光源、高精度锁相技术、规模化干涉技术。

其中的高品质量子光源，是目前国际上唯一同时具备高效率、高全同性、高亮度和大规模扩展能力的量子光源。“比如说，我们每次喝下一口水很容易，但要每次喝下一个水分子非常困难。”中科大教授陆朝阳说，高品质光源要保证每次只“放出”1个光子，且每个光子要一模一样，这是巨大挑战。同时，锁相精度要控制在10的负9次方以内，相当于传输一百公里距离，偏差不能超过一根头发丝的直径。

此外，为了核验“九章”算得“准不准”，他们用超算同步验证。“10个、20个光子的时候，结果都能对得上，到40个光子的时候超算就比较吃力了，而‘九章’一直算到了76个光子。”陆朝阳说，另一方面，超算的耗电量太大，计算40个光子时需要电费200万元，41个光子需要400万元，42个光子需要800万元，推算下去将是天文数字。

（小标题）“算力革命”跃马人类未来

当前，量子计算已成为全球各国竞相角逐的焦点。比如近期，欧盟宣布拟投资80亿欧元，研究量子计算等新一代算力技术。

“量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，可望通过特定算法在密码破译、大数据优化、天气预报、材料设计、药物分析等领域，提供比传统计算机更强的算力支持。”潘建伟说。

据了解，国际主流观点认为，量子计算机的发展将有三个阶段：

第一阶段，研制50个到100个量子比特的专用量子计算机，实现“量子优越性”里程碑式突破。

第二阶段，研制可操纵数百个量子比特的量子模拟机，解决一些超级计算机无法胜任、具有重大实用价值的问题，比如量子化学、新材料设计、优化算法等。

第三阶段，大幅提高量子比特的操纵精度、集成数量和容错能力，研制可编程的通用量子计算原型机。

目前，“九章”还处在第一阶段，但在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用价值。

潘建伟团队表示，“量子优越性”实验并非一蹴而就的工作，而是更快的经典算法和不断提升的量子计算硬件之间的竞争，但最终量子计算机会产生传统计算机无法企及的算力。下一步，他们将在光子、超导、冷原子等多条技术线路上推进研究。

『陆』 200秒完成6亿年工作，量子计算机“九章”到底有多牛

2020年的12月4日，中国科学技术大学宣布，量子计算原型机“九章”构建成功。对于“九章”，最近出现了很多相关的文章，但相信，大部分人对于“九章”还是半知不解的。最关键的一点就是，量子计算机“九章”到底牛在哪里？

量子计算机再厉害，如果没有应用场景就等于一切没有意义。量子计算机虽然是量子领域的一个新项目，但大家千万不要认为它离我们现实的生活很远。事实上，量子计算机可以被应用在天气预报、药物研制、交通调度、保密通信、军事等领域。

量子计算机必然会成为下一个高科技的拐点，当然，仅以现在的市场发展来说，一切都还仅仅是一个开始，量子计算机在技术及应用上还有一段很长的路程要走。