计算|什么是量子计算机？“九章”确立的“量子计算优越性”有多厉害( 二 ) 确立|袁岚峰|量子|量子计算机

“‘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’”。袁岚峰进一步解释说，“九章”的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。这是因为有“悬铃木”在前，“九章”毕竟是第二个，所以只是说中国跟美国相差不远。“而在量子通信方面，我们就不说什么‘第一方阵’了。因为那里没有方阵，中国明确是世界最先进的。”
何谓高斯玻色取样
所有的报道中都提到，“‘九章’处理‘高斯玻色取样’的速度比目前最快的超级计算机‘富岳’快一百万亿倍”。那么，什么是高斯玻色取样？
“玻色取样是用来展示量子计算优越性的特定任务中的一项，一直被科学家寄予厚望。”袁岚峰说，“大致可以理解为，一个光路有很多个出口，问每一个出口有多少光出去。”
由于量子力学赋予了光子很多匪夷所思的性质，使得光子的不同路径之间，不但可以相互叠加，也可以相互抵消，具体结果视情况而定，非常复杂。“在面对这样的难题时，玻色取样装置就有了用武之地。由于它像计算机一样，能够在较高的精度上解决特定的数学问题，同时又应用了光子的量子力学特性，所以可以称作是一种‘光量子计算机’。”袁岚峰说。
此次，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功研制出的“九章”，和之前的玻色取样机的主要区别，在于输入的光子状态，也就是对从前的“玻色取样”装置进行升级。“玻色取样机输入的是一个个独立的光子，而‘九章’输入的是一团团相互关联的量子光波。”袁岚峰说，因此，“九章”比经典计算机快很多倍，真正体现出了“量子计算优势”。
量子计算机要不要装系统
“量子计算机本身就是一套‘系统’。”中国科学技术大学林梅教授说，独立的光学组件提供了硬件，复杂的光路结构则决定了它的“算法”。“例如，以光子作为量子比特的量子计算机，需要能够产生光子的单光子源，能够改变光子状态、完成‘算法’的特定光路结构，还需要单光子探测器对光子的最终状态进行观测。”
据了解，对于量子计算机的控制，仍然需要通过普通电脑进行信息的输入和输出。工作人员需要在普通电脑上输入初始数据，数据在量子计算机控制系统中进行复杂的转换和运算，最后得到的结果会再传输回工作人员的普通电脑上。
量子计算机距离实用还有多远
量子计算机能不能处理有实用价值的问题？答案是：能。
“例如因数分解，量子计算机就是有快速算法的。因数分解的困难性是现在最常用的密码体系RSA的基础，所以量子计算机能快速进行因数分解，就意味着能快速破解密码。”袁岚峰说，“问题只是在于，现有的量子计算机只能分解很小的数，还不足以破解实用的密码。所以在实现量子优越性之后，下一个重要的目标就是针对一个有实用价值的问题，造出超越经典计算机的量子计算机。”
“火车刚发明的时候，连马车的速度都赶不上；飞机刚发明的时候，只能在天上坚持飞1分钟；量子计算机刚发明的时候，计算过程也坚持不了几分钟。”袁岚峰说，量子计算发展到今天，我们研制出的“九章”不仅速度快、稳定性高，而且有着潜在应用价值。“不管量子计算机现在有多么初级，总有一天，它会像曾经的火车和飞机一样，一步一步向我们走来。也许将来，我们能够用光学实现真正强大的量子计算机，也就是可编程的、能处理很多有实用价值问题的量子计算机。”
科学界如何评价“九章”
“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”。
德国马普所所长、沃尔夫奖和富兰克林奖章得主Ignacio Cirac称，“总体来说，这是量子科技领域的一个重大突破，朝着研制比经典计算机具有量子优势的量子设备迈出了一大步。”奥地利科学院院长、沃尔夫奖得主、美国科学院院士Anton Zeilinger评价道，“这项工作成果很重要，因为潘建伟和他的同事证明，基于光子的量子计算机也可能实现‘量子计算优越性’。我预测很有可能有朝一日量子计算机会被广泛使用。甚至每个人都可以使用。”
美国麻省理工学院教授、美国青年科学家总统奖得主、斯隆奖得主Dirk Englund则称之为“一个划时代的成果”。他说，“这是开发中型量子计算机的里程碑。它表明，在复杂系统的前沿领域中，我们正处于非常特殊的时刻，复杂系统具有我们今天无法在计算机上预测的复杂性。因此，这是一项了不起的成就。”