12月4日,中國科學技術學院宣布,我國新建立的76個光子的量子計算機實現了量子霸權。在5000萬個樣本的高斯玻色采樣實驗中,“九章”量子計算機僅用了200秒就完成了,若果使用世界第三的超級計算機進行實驗,它也要將近20億年才會完成。
今年9月,微軟也聲稱它實現了量子霸權。當時,微軟的53個量子比特的計算機“懸鈴木”在幾分鐘之內完成了一個物理算法,而當時超級計算機完成這個算法須要上萬年的時間。等效來看,我們的“九章”量子計算機比“懸鈴木”的估算速率快了100億倍。
不過,這兩種系統的工作方法是不同的。微軟的“懸鈴木”設備使用超冷的超導材料制成微小的量子位,該量子位可以無阻地傳導能量。而我國的“九章”量子計算機則由復雜的光學設備陣列組成,這種設備包括光源、數百個分束器、數十個反光鏡和100個光子偵測器。
傳統計算機信息的基本單元是比特,它通常用二補碼的0和1的其中之一來表示來表示。量子計算機使用的是量子比特,它可以借助量子力學的奇怪特點來獲得一種不尋常的狀態:量子疊加,這樣一來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”量子計算機借助光子作為量子比特,它的工作原理如下。光子首先被發送到通道網路中,在那兒每位光子就會碰到一系列分束器,每位分束器會同時沿兩個路徑將光子發送出去,這就是所謂的量子疊加。這種路徑會合并和分裂,這取決于其中的量子規則。最后,研究人員檢測每位網路輸出通道中的光子數。
假如使用大量光子和多個輸出通道,這么量子計算機就將形成數字分布。但是,實現量子至上還不能說明量子計算機能在實際應用中使用量子通訊速度,由于它還是十分復雜的。并且量子通訊速度,這是光子量子估算的里程碑,對接下去的研究大有益處。這一結果也提升了光子量子計算機的著名度,由于在歷史上它并沒有像其他技術那樣遭到廣泛關注。
值得一提的是,“九章”量子計算機也有其局限性。就目前而言,它只能執行一種任務,即高斯玻色取樣,由于借助光子的量子計算機不容易通過編程來運行不同的估算。并且,因為它的強悍算力,未來在深度學習、量子物理等領域具有潛在應用。其實微軟的“懸鈴木”速度較慢,而且它可以對量子計算機進行編程以執行不同的估算任務。
“九章”量子計算機是我國量子技術領域的最新突破。在潘建偉的領導下,我們在量子技術領域取得了優異的成績。我們有專門設計用于量子通訊的“墨子號”量子通訊衛星,它以前用于中國和德國之間的視頻通話,在破紀錄的長距離內使用了量子加密。