中国量子计算原型机「九章」问世 用来玩大型游戏不知道性能咋样?


北京时间12月4日凌晨3点,一篇重要文章以First Release形式在线发表在Science,宣布了中国科大在光量子计算方面实现了量子计算优越性。这一76光子的量子计算原型机被命名为“九章”。之所以将这台新量子计算机命名为“九章”,是为了纪念中国古代最早的数学专著《九章算术》。《九章算术》是中国古代张苍、耿寿昌所撰写的一部数学专著,它的出现标志中国古代数学形成了完整的体系,是一部具有里程碑意义的历史著作。而这台叫做“九章”的玻色采样新机器,同样具有重要的里程碑意义。

超导量子计算机和光子量子计算机,哪个在计算能力上潜力更大?

“尽管这次的结果极好,我还是怀疑光子量子计算能否在远期和其他量子计算技术竞争。” 弗拉米亚说。

通用量子计算机指的是可解决所有计算问题的计算机。“九章” 目前还不能通用于玻色采样以外的其他计算,不具通用性。“遗憾的是,每个我们关心的计算问题都和这个玻色采样问题没有关系,”弗拉米亚说,“比如我们可能关心货车如何选择最有效率的路线送货,或者关心怎么样预测一个特定分子的性质以用于化学或医疗。研究人员认为玻色采样不能帮助解决这些重要问题。”

他认为,潘和陆的工作更有可能帮助建立量子通信网络和量子互联网。

而亚伦森认为,未来也许可以将九章改造成一个通用量子计算机,“谷歌采取的超导量子比特有通用的优势(如果有足够的量子比特且持续时间够长就能做任何运算),而计算玻色采样需要加入新的资源来获得通用性……我相信潘的团队已经充分意识到这一点并且正在努力。”

亚伦森说,与谷歌的实验相比,“九章” 的优势在于它产生的状态空间(state space)大得多,这是因为光子的振幅(amplitude)更多。状态空间指的是配置计算机系统的可能方式,量子计算机的状态空间越大,经典计算机要完成相同的计算就越难。[4]

谷歌 “悬铃木” 产生的状态空间约为10的16次方,而此次 “九章” 产生的状态空间约为10的30次方。

经典计算和量子计算的区别在哪里呢?

对于经典计算机来说,每个比特要么代表0,要么代表1,这些比特就是信息,而对这些信息运算,实际上就是用电路构建一些逻辑门,完成“与”、“非”、“或”以及更复杂的操作。而量子计算,则是利用量子天然具备的叠加性,施展并行计算的能力。每个量子比特,不仅可以表示0或1,还可以表示成0和1分别乘以一个系数再叠加,随着系数的不同,这个叠加的形式可能性会很多很多,它会产生什么效果呢?

我们以两个比特举例,对于经典的两比特来说,在某一时刻,它最多只能表示00、10、、11这四种可能性的一种;而量子计算由于叠加性,可以写成,也就是说,它可以同时蕴含有四种信息状态。这种叠加性意味着,随着比特数增加,信息的存储量和运行速度会指数增加,经典计算机将望尘莫及。