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潘建伟|里程碑式突破！

光子 能力 技术 突破 量子 潘建伟 光源 三个阶段 九章 优越性 陆朝阳

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 。
【潘建伟|里程碑式突破！】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 。
“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 。
“我对量子计算的前景非常乐观 ， 世界上有很多聪明人在做这件事 ， 包括我的中国同事们 。 ”奥地利科学院院长、美国科学院院士安东·塞林格预测 ， 很有可能有朝一日量子计算机会被广泛推广 ， “每个人都可以使用 。 ”文图均据新华社

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