“九章”有多牛？它花1分钟，超算需亿年

        【每日科技网】 近日，由中国科技大学潘建伟、陆朝阳等学者组成的研究团队与中国科学院上海微系统所和信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，构建了76台光子量子计算原型机九章。计算玻璃采样问题，九章处理5000万个样本只需200秒，现在世界上最快的超级计算机需要6亿年。
这是我国实现量子计算优势，这一突破也使我国成为世界第二个实现量子优势的国家。12月4日，《科学》杂志公布了这一成果。
难点很多。
在设备的自主研发、技术创新上下功夫。
九章是中国古代数学专着九章算术，也是中国在国际量子计算研究中确立第一方阵地位的量子计算原型机，两者都有里程碑的意义。
所谓量子计算优势，就是指作为新生事物的量子计算机，一旦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势，未来在多方面超过了传统计算机的门槛。
这将实验各方面的技术推向远远超过以前的水平。澳大利亚昆士兰大学教授蒂姆·拉夫说:该设备规模优异:100模式干涉仪，25个压缩机提供输入量子状态，使用100个单光子探测器进行探测，同时保持高效率，稳定性和量子不可分辨性
从20光子输入60模式干涉线路的玻璃取样，到76光子100模式的高斯玻璃取样，必须在设备上下功夫。最初，高效率100通道超导纳米线单光子探测器性能低，只有4%。我们与中国科学院上海微系统与信息技术研究所合作，自主开发、技术创新，目前性能提高到98%。陆朝阳表示，不断加强量子光源、量子干预、单光子探测器等领域的自主创新，是下一步研究的重点。
利用量子器件解决越来越复杂的问题，体现量子的优势，是量子科学前沿最重要的问题之一。美国科学院院士、沃尔夫奖得主、迪拉克奖章得主彼得·佐勒认为，潘建伟团队的研究在量子系统的大小和扩展性、实际应用前景方面将研究水平提高到了新的高度。
意义非凡。
在不增加能源消耗的基础上，提高计算能力。
大数据时代，全球数据量呈指数增长，每两年翻一番。如果不提取巨大的数据，就没有意义。潘建伟说。目前，计算机传统发展模式受到限制，超级计算机能耗大。在潘建伟看来，九章出现的意义是在不增加能源消耗的基础上提高计算能力。
目前，开发量子计算机已成为世界科学技术的挑战之一，是世界竞争的焦点。去年，谷歌公司推出了53台超导量子比特电脑悬铃木，数学算法的计算效率远远超过当时世界上最快的超级电脑，率先实现了量子优势。九章实现了高斯玻璃取样任务的快速解决。
处理5000万个样本的高斯玻璃取样问题，九章只需200秒，现在世界上最快的超计算需要6亿年，处理100亿个样本，九章需要10小时，超级计算机需要1200亿年。正如陆朝阳所说，九章在一分钟内完成了经典超级计算机一亿年内完成的任务。
在量子计算机的研究中，国际同行认为有三个指标发展阶段:第一阶段是发展具有50~100个量子比特的高精度专用量子计算机，实现计算科学中量子计算优势的里程碑；第二阶段是开发数百个量子比特相关操作的量子模拟机，以解决一些超级计算机无法适应的重大实用价值问题。第三阶段是大大提高可集成的量子比特数量到数百万级，实现容错量子逻辑门，开发可编程的通用量子计算机。
陆朝阳表示，与悬铃木相比，九章具有运算速度快、环境适应性强、克服技术脆弱性三大优势。悬铃木只有在小样本的情况下比超计算快，九章在小样本和大样本上超计算，比赛跑得好，谷歌，谷歌的机器短跑能赢得超计算，长跑不赢我们的机器短跑，长跑能赢
前景广阔。
在机械学习、量子化学等领域有潜在的应用。
在合肥，量子计算机九章几乎占据了半个实验室，包括成千上万的零件。目前，九章和悬铃木一样只能解决某些特定问题。潘建伟认为，这是因为目前可用于建设量子计算机的材料有限，世界正朝着少数方向努力。未来量子计算机的突破，可能依赖于新材料在量子计算硬件上的创新。
如今，基于九章的高斯玻璃取样算法在图论、机械学习、量子化学等领域有着潜在的应用，将是后续发展的重要方向。潘建伟团队表示，尽管九章的计算能力惊人，但在量子计算的第一阶段树立了里程碑。希望通过15年到20年的努力开发通用量子计算机，解决密码分析、气象预报、药物设计等应用非常广泛的问题。潘建伟说。
《科学》杂志审查员评价，这是进的实验重大成果。量子优势实验验不是一蹴而就的工作，而是更快的经典算法和不断提高的量子计算硬件之间的竞争。但最终，量子并行性会产生古典计算机无法企及的计算能力。潘建伟队希望这项工作能激发更多古典算法模拟工作。