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封面新闻编辑颜蕾

10月11日，中国科学技术大学宣布与中科院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机公司合作组成由潘建伟、陆朝阳组成的研究团队。工程技术研究中心成功建成255个光子的量子计算原型机“九章三号”再次刷新了光量子信息技术水平和卓越量子计算的世界纪录。

学术期刊《物理评论快报》也在这一天公布了这些结果。这也意味着中国在研制量子计算机方面又迈出了重要一步。

数据图

什么是“卓越量子计算”？

量子计算是一种遵循量子力学定律来控制量子信息单位进行计算的新型计算模型。1981年，诺贝尔获得者理查德费曼提出了量子计算机的想法。

量子计算机的发展是当前全科技前沿面临的最大挑战之一。为此，学术界确立了三阶段发展路线。第一步是实现“量子计算优势”，即通过接近100个量子比特的高精度量子控制解决特定题，可以释放出超级计算机无法比拟的计算能力。这标志着费曼四十年的开始。我们正在等待某人的梦想成为现实。

“量子计算霸权”实验也可以用来检验计算科学中的“扩展教会图灵论”。同时，一路走来，可扩展的量子控制技术不断发展，为开发具有容错能力的通用量子计算机提供了技术基础。

据介绍，中国科学技术大学团队在理论上首次开发了包含光子同构在内的新理论模型，实现理论与实验更加准确的吻合，同时提供充分的贝叶斯验证和相关函数验证，全面消除所有已知的现有伪造算法，为量子计算的优越性提供了额外的数据支持。

研究量子计算的卓越性是一项复杂且具有挑战性的任务，量子计算硬件与传统算法之间存在着长期的竞争。潘建伟团队表示，希望这一突破能够激发科学界对经典算法模拟的更多研究，解决各种科学和工程挑战，加速通用量子计算机的实现。

实验装置示意图

“GujangUnit3”的成功开发意味着什么？

“九章三号”解决高斯玻色采样数学题的速度比世界上最快的超级计算机快一亿倍。“九章”得名于中国古代数学巨著《算术九章》。

2019年，美国谷歌公司开发了53量子比特计算机“Platanus”，在世界上首次实现了量子霸权。2020年，潘建伟团队建成了76光子量子计算原型“九丈”，使中国成为世界上第二个实现量子霸权的国家。

2021年，潘建伟团队成功研制出113光子“九丈二号”和66位“祖冲二号”量子计算原型机，使中国在光学和超导技术路径上处于实现量子霸权的领先地位。

根据公开发布的最优经典精确采样算法，“九丈三号”的高斯Boss采样处理速度比上一代“九丈二号”快100万倍。最复杂的样本，“九章3”在百万分之一秒内处理完毕，需要当前最强大的超级计算机“Frontier”超过200亿年才能处理。这一成果进一步巩固了韩国在光子计算领域的领先地位。

未来的通用量子计算机有望在密码学、天气预报、材料设计等各个领域发挥作用。不过，目前的“九章三号”还只是一个具有潜在实用价值的“单项冠军”，距离成功研制出量子计算机还有很长的路要走。

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