美媒：中國“九章”演示“量子霸權(quán)”

　　美媒稱，史上第一次，一臺利用光子構(gòu)建的量子計(jì)算機(jī)的表現(xiàn)甚至超越了運(yùn)算速度最快的經(jīng)典超級計(jì)算機(jī)。

　　據(jù)《科學(xué)美國人》月刊網(wǎng)站12月3日報(bào)道，由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉和陸朝陽率領(lǐng)的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，實(shí)現(xiàn)了“高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解。在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上的論文顯示，其結(jié)果是76個(gè)被探測到的光子，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了先前創(chuàng)下紀(jì)錄的5個(gè)被測光子以及經(jīng)典超級計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力。

　　報(bào)道稱，與利用硅處理器構(gòu)建的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不同，“九章”量子計(jì)算機(jī)是一個(gè)由激光器、反射鏡、棱鏡和光子探測器組成的精密桌面裝置。它不是有朝一日可以發(fā)送電子郵件或存儲文檔的通用型計(jì)算機(jī)，但它卻可以展示量子計(jì)算技術(shù)的潛力。

　　算力遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算機(jī)

　　去年，谷歌公司登上新聞?lì)^條，其研發(fā)的“西克莫”量子處理器耗時(shí)約3分鐘完成了超級計(jì)算機(jī)需要1萬年才能完成的任務(wù)。而中科大團(tuán)隊(duì)在其論文中估計(jì)，如果用全球排名靠前的超級計(jì)算機(jī)“神威·太湖之光”來執(zhí)行“九章”完成的這項(xiàng)運(yùn)算任務(wù)，需要耗時(shí)驚人的25億年。

　　報(bào)道指出，這不過是科學(xué)家第二次演示“量子霸權(quán)”。這一術(shù)語描述的是，在某一時(shí)刻，量子計(jì)算機(jī)在速度上指數(shù)級超越任何經(jīng)典計(jì)算機(jī)，進(jìn)而實(shí)際上完成其他設(shè)備無法完成的計(jì)算任務(wù)。

　　這一次不僅證明了原理，有些跡象表明，“高斯玻色取樣”可能有實(shí)際用途，例如解決量子化學(xué)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域中的專門問題。更廣泛地說，掌握控制作為量子比特的光子的能力是構(gòu)建任何大規(guī)模量子互聯(lián)網(wǎng)的先決條件。量子比特類似于在經(jīng)典計(jì)算領(lǐng)域被用來代表信息的比特。

　　斯科特·阿倫森目前是美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀校區(qū)的理論計(jì)算機(jī)科學(xué)家。2011年，他與當(dāng)時(shí)還是他學(xué)生的亞歷克斯·阿爾希波夫率先闡述了玻色取樣的基本原理。阿倫森稱，在許多年的時(shí)間里，玻色取樣實(shí)驗(yàn)一直局限在只能探測到大約3到5個(gè)光子的程度上，這與量子霸權(quán)“相去甚遠(yuǎn)”。他說：“擴(kuò)大規(guī)模是很困難的，向他們致敬。”

　　報(bào)道稱，在過去幾年里，量子計(jì)算技術(shù)已經(jīng)從原本的默默無聞一躍發(fā)展為一項(xiàng)價(jià)值數(shù)十億美元的事業(yè)，其對國家安全、全球經(jīng)濟(jì)以及物理學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)的潛在影響也得到了承認(rèn)。2019年，美國《國家量子計(jì)劃法》被簽署成為法律，美國打算未來10年在量子技術(shù)領(lǐng)域投資逾12億美元（1美元約合6.6元人民幣）。這一領(lǐng)域也吸引了相當(dāng)大量的炒作，有人發(fā)布不切實(shí)際的時(shí)間表，有人夸夸其談地稱量子計(jì)算機(jī)將讓經(jīng)典計(jì)算機(jī)徹底過時(shí)。

　　技術(shù)路線與谷歌不同

　　報(bào)道認(rèn)為，中科大團(tuán)隊(duì)展示量子計(jì)算潛力的最新行動(dòng)至關(guān)重要，因?yàn)樗捎玫姆椒ㄅc谷歌公司的方法截然不同?！拔骺四庇媒饘俪瑢?dǎo)環(huán)構(gòu)成量子比特，而在“九章”中，光子本身就是量子比特。陸朝陽說，這進(jìn)一步獨(dú)立證實(shí)了量子計(jì)算原理甚至可以在完全不同的硬件上實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”，“我們因而確信，從長期看，構(gòu)建有用的量子模擬器和容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)最終將是可行的”。

　　去年，中科大團(tuán)隊(duì)曾演示14光子玻色取樣——筆記本電腦很難完成該任務(wù)，但超級計(jì)算機(jī)卻能輕易完成。為擴(kuò)大規(guī)模并最終實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)，他們采用了略微不同的規(guī)程，即“高斯玻色取樣”。

　　德國帕德博恩大學(xué)的量子光學(xué)專家、“高斯玻色取樣”的開發(fā)者之一克里斯蒂娜·西爾伯霍恩說，設(shè)計(jì)這項(xiàng)技術(shù)是為了避開阿倫森和阿爾希波夫的“香草玻色取樣”所使用的不可靠單個(gè)光子。

　　工作復(fù)雜性令人生畏

　　報(bào)道指出，西爾伯霍恩承認(rèn)，即便如此，中科大裝置的復(fù)雜性仍令人望而生畏。“九章”的運(yùn)行從一束激光開始，這束激光被分成若干束去打擊25個(gè)由磷酸氧鈦鉀制成的晶體。每一個(gè)晶體被擊中后，它會(huì)可靠地向兩個(gè)相反方向吐出光子。然后這些光子被送入100個(gè)輸入端，在那里它們快速穿過一條由300個(gè)棱鏡和75面反射鏡組成的路徑。最后，這些光子落在100條狹縫中，并在那里被探測到。實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的平均時(shí)間為200多秒，中科大團(tuán)隊(duì)在每次運(yùn)行中平均探測到大約43個(gè)光子。但在有一次運(yùn)行中，他們觀測到76個(gè)光子——這足以證明他們聲稱實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)是有理由的。

　　報(bào)道稱，難以估算超級計(jì)算機(jī)需要用多長時(shí)間來解決76個(gè)被測光子的分布問題，一大原因是，用25億年時(shí)間來運(yùn)行一臺超級計(jì)算機(jī)以進(jìn)行直接驗(yàn)證并不可行。作為替代，研究人員根據(jù)涉及數(shù)量較少被測光子時(shí)經(jīng)典計(jì)算技術(shù)所用運(yùn)算時(shí)間做了推算。研究人員聲稱，在最順利的情況下，解決50個(gè)光子的分布問題將花掉超級計(jì)算機(jī)兩天時(shí)間。

　　“九章”的名字來自《九章算術(shù)》一書，該書是一部影響力堪比歐幾里德《幾何原本》的中國古代教科書。

　　來源：參考消息（ID：ckxxw）