12月4日,中国科学技术学院宣布,我国新建立的76个光子的量子计算机实现了量子霸权。在5000万个样本的高斯玻色采样实验中,“九章”量子计算机仅用了200秒就完成了,若果使用世界第三的超级计算机进行实验,它也要将近20亿年才会完成。
今年9月,微软也声称它实现了量子霸权。当时,微软的53个量子比特的计算机“悬铃木”在几分钟之内完成了一个物理算法,而当时超级计算机完成这个算法须要上万年的时间。等效来看,我们的“九章”量子计算机比“悬铃木”的估算速率快了100亿倍。
不过,这两种系统的工作方法是不同的。微软的“悬铃木”设备使用超冷的超导材料制成微小的量子位,该量子位可以无阻地传导能量。而我国的“九章”量子计算机则由复杂的光学设备阵列组成,这种设备包括光源、数百个分束器、数十个反光镜和100个光子侦测器。
传统计算机信息的基本单元是比特,它通常用二补码的0和1的其中之一来表示来表示。量子计算机使用的是量子比特,它可以借助量子力学的奇怪特点来获得一种不寻常的状态:量子叠加,这样一来它就获得了两种可能性。有了足够多的量子位,它的可能性就越多,估算速率也就越快。
“九章”量子计算机借助光子作为量子比特,它的工作原理如下。光子首先被发送到通道网路中,在那儿每位光子就会碰到一系列分束器,每位分束器会同时沿两个路径将光子发送出去,这就是所谓的量子叠加。这种路径会合并和分裂,这取决于其中的量子规则。最后,研究人员检测每位网路输出通道中的光子数。
假如使用大量光子和多个输出通道,这么量子计算机就将形成数字分布。但是,实现量子至上还不能说明量子计算机能在实际应用中使用量子通讯速度,由于它还是十分复杂的。并且量子通讯速度,这是光子量子估算的里程碑,对接下去的研究大有益处。这一结果也提升了光子量子计算机的著名度,由于在历史上它并没有像其他技术那样遭到广泛关注。
值得一提的是,“九章”量子计算机也有其局限性。就目前而言,它只能执行一种任务,即高斯玻色取样,由于借助光子的量子计算机不容易通过编程来运行不同的估算。并且,因为它的强悍算力,未来在深度学习、量子物理等领域具有潜在应用。其实微软的“悬铃木”速度较慢,而且它可以对量子计算机进行编程以执行不同的估算任务。
“九章”量子计算机是我国量子技术领域的最新突破。在潘建伟的领导下,我们在量子技术领域取得了优异的成绩。我们有专门设计用于量子通讯的“墨子号”量子通讯卫星,它以前用于中国和德国之间的视频通话,在破纪录的长距离内使用了量子加密。