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中国科学技术大学提供的Photoquantum干扰物理形象

“九章”量子计算原型真实图像

量子计算原型的“九章”光路系统示意图

12月4日，包括本报纸在内的许多媒体报道了量子计算的巨大成就：中国科学技术大学的其他媒体和其他媒体构建了一个量子计算机的“九章”，具有76个光子和100个模式，将“高斯啤酒采样”处理比FasteSt Expest超级计算机更快。换句话说，超级计算机需要1亿年才能完成任务，而“九个章节”只需一分钟。同时，“九章”相当于去年Google发行的53个超导量子量子计算机原型“ Sycamore”的速度比100亿倍。

但是，尽管许多读者对这一主要的科学研究成就感到惊讶，但他们尚不清楚结果的原理，意义以及量子计算机的应用前景。一些读者甚至报告说：“我知道每个汉字，但我仍然不明白。”为此，我们的记者采访了相关专家，并试图揭示“九章”的奥秘，并了解量子计算机的原理。

什么是量子计算机

“量子计算机是使用量子力学原理制造的计算机，并且仍处于非常初步的阶段。相应地，我们使用的现有计算机称为经典计算机。”中国科学技术大学国家材料科学实验室的副研究员Yuan Lanfeng致力于流行科学写作。他告诉记者，两者的计算形式不同。 “计算机通过电路的打开和关闭计算，而量子计算机则使用量子状态作为计算形式。”

我们每天使用的计算机，无论是屏幕上的图像还是汉字输入，都将在硬件电路中转换为1和0。每个位代表0或1。这些位是信息，然后传输，计算和存储。正是由于这个0和1的“计算”过程，计算机称为“计算机”。

量子计算使用量子自然的叠加性质来发挥并行计算的能力。 “量子力学允许对象同时处于多个状态，并且同时存在0和1，这意味着可以同时完成许多任务，因此它具有计算机以外的计算能力。”中国科学技术大学的教授卢·乔阳（Lu Chaoyang）说，每个贵族不仅可以代表0或1，而且代表0和1乘以系数乘以系数，然后叠加。由于系数不同，因此这种叠加的形式将是许多可能性。

“当前的量子计算机使用物理系统，例如原子，离子，光子等。不同类型的量子计算机使用不同的粒子。这次，“九个章节使用光子”。 Yuan Lanfeng说。

Yuan Lanfeng告诉记者，量子计算机不会针对所有问题超越经典计算机，而仅在某些特定问题上超越经典计算机，因为它们为这些特定问题设计有效的量子算法。 “没有量子算法的问题，例如最简单的加法，减法，乘法和除法没有任何优势。”

“九章”到底是什么样的

在中国科学技术大学的光学量子实验室中，记者遇到了建立了中国量子计算优势的“九章”。

从外观来看，它不是一台计算机，而是一个开放的计算系统：实验表中充满了大约3平方米的网格中的数千个组件。 Pan Jianwei's Research Group的Yuan Zhensheng教授说：“这些是量子计算机原型的光路。” “通过我国家的独立创新量子光源，量子干扰，单光子检测器等。我们已经建立了76个光子的量子计算原型。”

在另一个桌子上，有一个“柔宗”的接收器。 “如果您站在两个桌子之间，则意味着您在'九章中'。”

事实证明，神秘的“九个章节”是一堆光线和接收设备。

Yuan Lanfeng告诉记者，光学是实现量子计算的一种手段，并且与许多其他手段（例如超导，离子陷阱和核磁共振共振）平行。 “中国科学技术大学将光学技术带到了世界中心，*扩大了学术界对这种方法上限的估计。这是这一成就的技术意义。”

“九章”建立的“量子计算优势”有多强大？

“九章”的结果是实现量子计算的优越性。 “量子计算机在某些问题上超过了最强的古典计算机，被称为'量子优越性'或'量子至上'。”

Yuan Lanfeng随后解释说：“实际上，'量子霸权'是一个科学术语，与国际政治无关。它指的是量子计算机在某个问题上远远超过现有的计算机。”

基于量子的叠加，许多量子科学家认为，量子计算机在特定任务上的计算能力将远远超过任何经典计算机。 2012年，美国物理学家约翰·普雷斯基尔（John Preskill）将其描述为“量子计算优势”或“量子至上”。 2019年，Google是第一个宣布实现量子优势的人。他们使用的量子计算机称为“ Sycamore”，他们处理的问题可以大致理解为：判断量子随机数发生器是否真的是随机的。

“由Google创建的'nicamore'包含53枚Qubit芯片，花了200秒才能将量子线采样100万次，而现存的最强大的超级计算机需要10，000年才能完成相同的任务。如果这是双方的最佳性能，那确实是压倒性的优势。” Yuan Lanfeng说，首先，“九章”和“ Sycamore”之间的差异是不同的，而用于构建量子计算机的物理系统是不同的。 “ Jiuzhang”使用光学元件，而“ Sycamore”使用超导。 “没有比这两者更好或更糟糕的，它们只是不同的技术路线。”

“'九章'的速度比同一轨道上的'sycamore'快100亿倍。这是同等速度，这也意味着我的国家在量子计算中实现了'量子霸权'。” Yuan Lanfeng进一步解释说，“九章”的成就牢固确立了我国在国际量子计算研究中的“第一方”的地位。这是因为前面有一棵“ Systoke树”，而“九个章节”毕竟是第二章，因此这只是意味着中国和美国彼此之间不远。 “就量子交流而言，我们不会谈论'第一个数组'。由于那里没有phalanx，因此中国显然是世界上最先进的。”

什么是高斯玻色采样

所有报告都提到““高斯玻色采样”的“九章”处理比目前最快的超级计算机“ fugao”快1万亿倍。”那么，什么是高斯玻色采样？

Yuan Lanfeng说：“ Bose采样是用于证明量子计算优势的特定任务之一，科学家一直高度期望。” “可以粗略地理解，轻路上有许多出口，被问及每个出口中有多少光线要出去。”

由于量子力学给出了许多令人难以置信的特性，因此光子的不同路径不仅可以彼此叠加，而且可以相互抵消。具体结果取决于情况，非常复杂。 “当面临如此困难的问题时，Bose采样设备具有其自身的优势。因为它可以以更高的精度（例如计算机）解决特定的数学问题，同时也应用了光子的量子机械性能，因此可以称为“光学量子计算机”。 Yuan Lanfeng说。

这次，由中国科学技术大学的泛江，卢·乔亚（Lu Chaoyang）和其他人组成的研究团队与中国科学院的上海微型系统和国家平行计算机工程技术研究中心合作，成功地开发了前一个bose samplers samplers of samplers of samplers'' 设备。 “ Bose Sampler输入独立的光子，而'Jiuzhang'输入是相互关联的量子光波的簇。” Yuan Lanfeng说，因此，“ Jiuzhang”比经典计算机快很多倍，真正反映了“量子计算优势”。

应该安装量子计算机吗？

“量子计算机本身是一组'系统'。”中国科学技术大学的Lin Mei教授说，独立的光学组件提供了硬件，而复杂的光路结构则决定了其“算法”。 “例如，具有光子作为量子的量子计算机需要一个可以生成光子的单个光子源，可以改变光子状态，完成'算法'的特定光路径结构，并且单个光子检测器也需要观察光子的最终状态。”

可以理解，对于量子计算机的控制，信息输入和输出仍然需要通过普通计算机输入和输出。员工需要在普通计算机上输入初始数据，并且在量子计算机控制系统中转换和计算数据，最终结果将传输回员工的普通计算机。

量子计算机与实用性有多远

量子计算机可以处理实际问题吗？答案是：是的。

“例如，阶乘分解，量子计算机具有快速的算法。阶乘分解的难度是最常用的加密系统RSA的基础，因此量子计算机可以快速执行阶乘分解，这意味着它们可以快速破解密码码。” Yuan Lanfeng说：“问题在于现有的量子计算机只能分解很少的数字，并且不足以破解实用的密码。因此，在实现量子优势之后，下一个重要的目标是创建一个超过经典计算机的量子计算机，该计算机超过了一个实用问题的经典计算机。”

“当火车第一次发明时，它甚至无法赶上马车的速度；当飞机第一次发明时，它只能在天空中飞行一分钟；当第一次发明了量子计算机时，它就不能持续几分钟。” Yuan Lanfeng表示，量子计算的开发已经达到今天，我们开发的“九个章节”不仅很快，而且具有很高的稳定性，而且具有潜在的应用价值。 “无论量子计算机现在多么基本，有一天它将像以前一样逐步逐步逐步传给我们。也许将来，我们可以使用光学元件实现真正强大的量子计算机，也就是说，可以解决许多实际问题的可编程量子计算机。”

科学界如何评估“九个章节”

在发布“九章”之后，它赢得了科学界的一致认可。《科学》杂志的审稿人认为，这一成就是“最先进的实验”和“一项重大成就”。

奥地利科学院院长安东·齐林格（Anton Zeilinger）表示：“总体而言，这是量子技术领域的一个重大突破，这是迈向开发量子设备的重要一步。 “这项工作很重要，因为Pan Jianwei及其同事证明了基于光子的量子计算机也可能实现'量子计算优势'。我预测，量子计算机将有一天被广泛使用。甚至每个人都可以使用它。”

麻省理工学院教授Dirk Englund是美国年轻科学家总统奖的获得者，也是Sloan奖的获奖者，称其为“一项时期的成就”。 “这是中型量子计算机开发的一个里程碑。它表明我们在复杂系统的边界处于非常特殊的时刻，复杂的系统我们无法在当今的计算机上预测。因此，这是一个了不起的成就。”

“我认为这是一项杰出的工作，改变了当前的景观。我们一直在努力证明量子信息处理可以击败经典信息处理。该实验超出了古典计算机的影响力。我认为，这是量子计算中最重要的成就之一。在该实验中没有争议。毫无疑问，这是超出了传统范围的挑战，而不是传统的挑战。为了获得这一结果，他们必须在技术层面上解决许多非常困难的技术问题。

（记者张他的报纸）