12月4日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院宣布，我國(guó)新建立的76個(gè)光子的量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了量子霸權(quán)。在5000萬(wàn)個(gè)樣本的高斯玻色采樣實(shí)驗(yàn)中，“九章”量子計(jì)算機(jī)僅用了200秒就完成了，若果使用世界第三的超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，它也要將近20億年才會(huì)完成。
今年9月，微軟也聲稱它實(shí)現(xiàn)了量子霸權(quán)。當(dāng)時(shí)，微軟的53個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)“懸鈴木”在幾分鐘之內(nèi)完成了一個(gè)物理算法，而當(dāng)時(shí)超級(jí)計(jì)算機(jī)完成這個(gè)算法須要上萬(wàn)年的時(shí)間。等效來(lái)看，我們的“九章”量子計(jì)算機(jī)比“懸鈴木”的估算速率快了100億倍。
不過(guò)，這兩種系統(tǒng)的工作方法是不同的。微軟的“懸鈴木”設(shè)備使用超冷的超導(dǎo)材料制成微小的量子位，該量子位可以無(wú)阻地傳導(dǎo)能量。而我國(guó)的“九章”量子計(jì)算機(jī)則由復(fù)雜的光學(xué)設(shè)備陣列組成，這種設(shè)備包括光源、數(shù)百個(gè)分束器、數(shù)十個(gè)反光鏡和100個(gè)光子偵測(cè)器。
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)信息的基本單元是比特，它通常用二補(bǔ)碼的0和1的其中之一來(lái)表示來(lái)表示。量子計(jì)算機(jī)使用的是量子比特，它可以借助量子力學(xué)的奇怪特點(diǎn)來(lái)獲得一種不尋常的狀態(tài)：量子疊加，這樣一來(lái)它就獲得了兩種可能性。有了足夠多的量子位，它的可能性就越多，估算速率也就越快。
“九章”量子計(jì)算機(jī)借助光子作為量子比特，它的工作原理如下。光子首先被發(fā)送到通道網(wǎng)路中，在那兒每位光子就會(huì)碰到一系列分束器，每位分束器會(huì)同時(shí)沿兩個(gè)路徑將光子發(fā)送出去，這就是所謂的量子疊加。這種路徑會(huì)合并和分裂，這取決于其中的量子規(guī)則。最后，研究人員檢測(cè)每位網(wǎng)路輸出通道中的光子數(shù)。
假如使用大量光子和多個(gè)輸出通道，這么量子計(jì)算機(jī)就將形成數(shù)字分布。但是，實(shí)現(xiàn)量子至上還不能說(shuō)明量子計(jì)算機(jī)能在實(shí)際應(yīng)用中使用量子通訊速度，由于它還是十分復(fù)雜的。并且量子通訊速度，這是光子量子估算的里程碑，對(duì)接下去的研究大有益處。這一結(jié)果也提升了光子量子計(jì)算機(jī)的著名度，由于在歷史上它并沒(méi)有像其他技術(shù)那樣遭到廣泛關(guān)注。
值得一提的是，“九章”量子計(jì)算機(jī)也有其局限性。就目前而言，它只能執(zhí)行一種任務(wù)，即高斯玻色取樣，由于借助光子的量子計(jì)算機(jī)不容易通過(guò)編程來(lái)運(yùn)行不同的估算。并且，因?yàn)樗膹?qiáng)悍算力，未來(lái)在深度學(xué)習(xí)、量子物理等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。其實(shí)微軟的“懸鈴木”速度較慢，而且它可以對(duì)量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程以執(zhí)行不同的估算任務(wù)。
“九章”量子計(jì)算機(jī)是我國(guó)量子技術(shù)領(lǐng)域的最新突破。在潘建偉的領(lǐng)導(dǎo)下，我們?cè)诹孔蛹夹g(shù)領(lǐng)域取得了優(yōu)異的成績(jī)。我們有專門(mén)設(shè)計(jì)用于量子通訊的“墨子號(hào)”量子通訊衛(wèi)星，它以前用于中國(guó)和德國(guó)之間的視頻通話，在破紀(jì)錄的長(zhǎng)距離內(nèi)使用了量子加密。
