超导量子计算原型机“祖冲之号”有多强？

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超导量子计算原型机"祖冲之号"研制成功

经过多年努力，中国科学技术大学研究团队，近日成功构建了包含62个比特的可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”，并在该系统上成功进行了二维可编程量子行走的演示。日前国际权威学术期刊《科学》发表了这一研究成果，这也是截至目前国际上超导量子比特数目最多的超导量子计算原型机。

量子计算机是什么“黑科技”？

要解释“祖冲之号”有多强？首先要回答一个问题：量子计算机是什么？量子计算机是计算机吗？答案是肯定的，但量子计算机和我们现在所理解的“电脑”差别很大，首先两者的计算形式不一样，电脑通过电路的开和关进行计算，我们日常用的电脑，不管是屏幕上的图像还是输入的汉字，这些信息在硬件电路里都会转换成1和0，再进行传输、运算与存储。而量子计算机则以量子的状态作为计算形式。

目前的量子计算机使用的是如原子、离子、光子等物理系统，不同类型的量子计算机使用的是不同的粒子，比如就在去年年底，我国研究团队成功研制出量子计算原型机“九章”，它就是光量子计算原型机。实验结果显示，“九章”处理特定问题的速度比目前世界排名第一的超级计算机“富岳”快一百万亿倍，同时也等效地比谷歌此前发布的53比特量子计算原型机“悬铃木”快一百亿倍，成功实现了量子计算领域的第一个里程碑——量子计算优越性。

量子是各种物理量的最小单元

相比超级计算机，量子计算机的计算速度都是以“亿”为倍数单位的，由此可见量子计算到底有多么强悍，那么量子计算速度为什么高于传统计算机那么多呢？要想搞清楚这一点，先得知道什么是量子，它有哪些脾气和个性。

究竟什么是量子呢？我们知道构成物质的最小单元是基本粒子。而量子，就是质量、体积、能量等各种物理量的最小单元，它也是以某种粒子状态存在的，不可再分割。就比如光，我们看到的是一整片明亮，但若进入微观世界，就能发现，这片光是由无数光子组成的。可以想象一下，我们每一举手一投足，甚至一个呼吸，都有上万亿的量子在移动。

量子具有哪些神奇特性？

量子之小，看不见摸不着，但却真实存在，因此又被称作世纪“幽灵”。下面我们就来了解量子具有哪些神奇特性。

中国科协“源新闻”专家库成员、中科院物理所固态量子实验室主任 范桁：那么就是不可分割，有这样的一个性质。比方说我们一个人，两个人，这样的话它就是不能说是半个人，1.5个人。

作为各种物理量的最小单位，量子不能再进行分割，但这并不代表每个量子都是一成不变的，因为它同时具备不确定性。

中国科协“源新闻”专家库成员、中科院物理所固态量子实验室主任 范桁：我举个例子，比方说这个杯子。比方说我们从正面来看它的时候，那我们看到的在墙上看到的这一个图像可能是一个矩形。从这个方向看过来的话，我们可能看到的是个圆形。

从不同的方向可以读取到不同的状态，同时任何来自外部的探测都会对量子状态产生干扰，这就是量子的不确定性，也称作量子的“测不准原理”。除此以外，量子还具有波粒二象性、量子隧穿、量子纠缠、量子叠加等特性。

超导量子计算机的原理是什么？

说了这么多量子的神奇特性，当然是为了知道它能干什么。比如说，量子叠加原理就被科学家运用，开发出了超导量子计算机。所谓量子叠加，指的是一个量子可以同时存在好几种状态。更形象点说，就像是《西游记》里孙悟空的分身术。每当遇到敌人数量特别多的时候，孙悟空就会从脑后拔出三根救命毫毛，变成无数自己的分身，一群猴子一起打怪，战斗力自然几何级提升。

量子也是如此，科学家用它的分身术，来帮我们的计算机实现并行运算。比如10的90次方，它比宇宙中所有粒子数还多，去分解这样一个天文级大数，普通计算机需要15万年，而未来的量子计算机只需要数秒。

可操控量子比特数量最多意味着什么？

目前我国在超导量子计算机研究领域处于世界领先。这次中国科学技术大学潘建伟院士团队成功研制的超导量子计算原型机“祖冲之号”，是目前国际上超导量子比特数量最多的，操纵的超导量子比特达到62个。

那么量子比特数量最多意味着什么？可编程的二维量子行走又是什么概念？中国科学院科学传播研究中心副主任袁岚峰作出解答。

中国科学院科学传播研究中心副主任 袁岚峰：这个量子随机行走很神奇的，用这样一个模型，它可以实现通用量子计算，就是说量子计算能够实现的任何功能，就或者说是任何的计算任务都可以通过这样一种方式来实现。

中国科学院科学传播研究中心副主任 袁岚峰：因为你要去做的肯定是那种计算机算得非常慢，比如交通规划，就是我们现在车队经常堵车。但这个算法实在太慢了，所以你在使用当中没法用。每多一个路口，然后你考虑的这个数目，就得是乘上一个倍数。还有一类是制药，我们现在开发一个新药非常困难，因为可选择的那个候选的药物分子实在是太多了。然后就现有的办法去筛选药物就变成非常非常慢，就是人工那筛选。假如我们能够通过计算机模拟，能够让量子计算机去在所有可能的这些候选分子当中，快速筛选出那些最有希望的，这样的话就能够大大加快我们制药的过程了。

信息来源：央视新闻

编 辑：马玉琦

审 核：钟 新