热门:【科普知识】“九章”到底有多神？

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12月4日，许多媒体报道了一个量子计算的巨大成果:中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等人构建了76个光子100模式的量子计算机“9章”，解决“高斯玻色采样”的速度是目前最快的超级计算 也就是说，超级计算机需要一亿年完成的任务，“第九章”只需要一分钟。 另外，“第9章”也比谷歌去年发表的53个超导比特量子计算机原型“悬铃木”快100亿倍。 但是，很多网民钦佩这一重大的科研成果，但其原理、成果的意义、量子计算机的应用前景不明确，也有网民说“虽然认识各个汉字，但还不擅长”。 为此，本报记者采访了相关专家，揭开了“第九章”的神秘面纱，试图理解量子计算机的原理。 1 .量子计算机是什么“量子计算机是根据量子力学原理制造的计算机，现在还处于初步阶段。 因此，现有的我们使用的计算机被称为古典计算机。 他告诉记者，“中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室副研究员袁岚山峰致力于撰写科学论文，两者的计算形式不同，“计算机通过电路的开/关进行计算，量子计算机以量子状态为计算形式”。 “我们日常使用的电脑，无论是画面上的图像还是输入的汉字，这些新闻都用硬件电路转换成1和0。 每个位表示0或1。 这些位是新闻。 然后进行传输、运算和记忆。 正因为是这0和1的“计算”过程，计算机才被称为“计算机”。 “第九章”量子计算原型光路系统原理图 中国科学技术大学提供图进行量子计算是利用量子天然具备的重合性，发挥并行计算的能力。 “量子力学允许一个物体，处于多种状态，0和1，存在意味着很多任务都可以完成。 这是因为它有超过电脑的运算能力。 “中科大教授陆朝阳说，各量子位不仅可以乘以0或1，还可以乘以0和1，根据系数的不同，这种叠加的形式可能会变多。 “现在的量子计算机采用原子、离子、光子等物理系统，不同类型的量子计算机采用不同的粒子，这次的“9章”采用的是光子。 ”袁岚山峰说。 袁岚山峰表示，量子计算机在所有问题上都没有超过古典计算机，只对特定问题超过古典计算机，并为这些特定问题设计了高效的量子算法。 “在没有量化算法的问题上，例如最简单的加减运算中，量子计算机没有任何特征。 “2 .“第九章”到底是如何在中国科学技术大学光量子实验室，记者看到了确立中国量子计算优势的“第九章”。 从外观上来说，与其说是计算机，不如说是实验机上3平方米左右的格子上排列着成千上万个部件的开放运算系统，“这些是量子计算机原型的光路”，潘建伟研究小组的震生教授说。 “我们构建了我国自主创新的量子光源、量子干涉、单光子探测器等。 “100模式相位稳定干涉仪 光量子干涉装置集成在20 cm*20 cm的超低膨胀稳定基板玻璃上，用于实现50路单模压缩状态之间的双干涉，高精度地锁定任意2路光束之间的相位。 (拍摄:马潇汉，梁竞，邓宇皓)另一张桌子上放着“九章”的接收机。 “如果你站在两张桌子之间，那意味着你在《第九章》里。” 原来，神秘的“第九章”是一堆光路和接收装置。 袁岚山峰说，光学是实现量子计算的一种手段，与超导、离子阱、核磁共振等许多其他手段并列。 “中国科学技术大学把光学这一手段带到世界中心，大幅度扩大了学术界对这一手段的上限估计，这一成果在技术上发挥了重要的作用。 “3 .在“第9章”确立的“量子计算优势”有多厉害“第9章”的成果是实现了量子计算优势。 “量子计算机在某些问题上超过了现有的最强古典计算机，被称为“量子优势”或“量子霸权”。 袁岚山峰说:“其实‘量子霸权’是科学用语，与国际政治无关。 意味着量子计算机在某个问题上远远超过现有的计算机。 “基于量子的叠加性，多个量子科学家认为量子计算机在特定任务中的计算能力远远高于任何古典计算机。 年，美国物理学家john preskill将其描述为“量子计算的优势”或“量子霸权”。 年，谷歌首次宣布实现了量子优势。 他们使用的量子计算机被称为“悬铃木”，解决的问题大致可以理解为评价量子随机数发生器是否真的是随机的。 “第九章”量子计算样机实物图 资料图像“Google制作的《悬铃木》是包含53个量子位的芯片，花了200秒对一条量子线路进行了100万次采样，现在最强的超级计算机完成同样的任务需要1万年。 200秒比1万年，如果这是双方最好的表现，确实是压倒性的特征。 袁岚山峰说，“九章”和“悬铃木”的区别在于解决问题的不同和制作量子计算机的物理系统的不同。 “九章”使用光学，“悬铃木”使用超导。 “这两个没有哪个更好，只是不同的技术路线。 “《九章》在同一课程中比《悬铃木》快100亿倍，这意味着等效速度，我国通过量子计算实现了“量子霸权””。 袁岚山峰进一步解释说，“第九章”的成果巩固了我国“第一方阵”在国际量子计算研究中的地位。 这是因为“悬铃木”在前面，“九章”毕竟是第二个，所以中国只是说和美国没有太大区别。 “量子通信中不说‘第一方阵’。 那里没有方阵，中国确定了世界上最先进的。 “4 .高斯粒子采样是什么所有的报道，《第9章》说，解决“高斯粒子采样”的速度比现在最快的超级计算机“富岳”快100兆倍”。 那么，什么是高斯玻色采样呢？ “沃尔沃采样是展示量子计算优势的特定任务之一，受到科学家的极大期待。 袁岚山峰说:“大致可以理解一条光路有很多出口，每个出口都能听到多少光。” “光量子干涉示意图(制图:文乐，罗涵)由于量子力学赋予了光子许多不可思议的性质，在光子的不同路径之间，不仅可以相互重合，而且可以相互抵消，具体的结果根据情况，是非常多的庞杂。 “面对这样的课题时，玻色采样装置有一个有用的地方。 像计算机一样，能够高精度地处理特定的数学问题，应用了光子的量子力学特征，因此可以称为“光量子计算机”。 ”袁岚山峰说。 这次，由中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳组成的研究小组与中国科学院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，开发成功的“第九章”和以前的玻色采样器的第一区别是输入的光子状态 “玻色采样器输入独立的光子，《第9章》输入相互关联的量子光波。 袁岚山峰说，因此，“第九章”比经典计算机快得多，真正体现了“量子计算的特征”。 5 .是否安装量子计算机系统“量子计算机本身就是‘系统’。 “中国科学技术大学的林梅教授说，独立的光学部件提供硬件，许多复杂的光路结构决定了其“算法”。 “例如，以光子为量子位的量子计算机需要能够产生光子的单光子源，能够改变光子的状态，完成“算法”的特定光路结构，需要用单光子检测器观测光子的最终状态。 在控制量子计算机时，还是需要用普通的计算机进行新闻的输入输出。 员工必须在普通电脑上输入初始数据。 数据在量子计算机控制系统中进行了很多复杂的转换和运算，最终得到的结果被发送回员工的普通计算机。 6 .量子计算机距离离实用有多远量子计算机能解决有实用价值的问题？ 答案是“可以” “就像因数分解一样，量子计算机有快速算法。 因子分解的困难性是目前最常用的密码系统rsa的基础，因此意味着量子计算机可以迅速进行因子分解，可以迅速破译密码。 袁岚山峰说:“问题只是现有的量子计算机只能分解很少的数量，不足以破译实用的密码。” 所以在实现量子优势后，下一个重要目标是比较有实用价值的问题，制造出超过经典计算机的量子计算机。 “光量子干涉实物图 中国科学技术大学表示:“列车刚发明时，连马车的速度都赶不上。 飞机刚发明的时候，我只能在天上飞一分钟。 量子计算机刚发明的时候，计算过程也不到几分钟。 “袁岚山峰说，量子计算发展到今天，我们开发的“第九章”不仅速度快，稳定性高，而且有潜在的应用价值。 “无论量子计算机现在多么初级，总有一天会像曾经的列车和飞机一样一步一步地向我们走来吧。 将来我们可能会实现光学上真正强大的量子计算机，也就是可编程的，能解决很多有实用价值的问题的量子计算机。 7 .科学界如何评价“第九章”“第九章”后，获得科学界的一致肯定，《科学》杂志的评论员认为这一成果是“最先进的实验”“巨大的成果”。 德国地图所长、沃尔夫奖和富兰克林奖牌获得者ignacio cirac说:“总体来说，这是量子科技行业的重大突破，比经典计算机在开发具有量子特征的量子设备方面迈出了一大步。 “奥地利科学院院长、沃尔夫奖获得者、美国科学院士anton zeilinger说:“这项工作的成果非常重要。 根据潘建伟和他同事的说明，因为基于光子的量子计算机也有可能实现“量子计算优势”。 我预计有一天量子计算机很可能会被广泛使用。 谁都可以录用 “美国麻省理工大学教授、美国青年科学家总统奖获得者、斯隆奖获得者dirk englund被称为“划时代的成果”。 他说:“这是开发中型量子计算机的里程碑。 这表明，在许多杂乱系统的尖端行业中，我们处于非常特殊的时刻，许多杂乱的系统具有我们今天在计算机上无法预测的许多杂乱性。 因为这是一个了不起的成就。 加拿大卡尔加里大学教授、量子科学技术研究所所长巴里·桑德斯说:“我认为这是一份很棒的工作，改变了现在的结构。 我们一直在努力说明量子新闻解决会战胜经典新闻解决。。 这个实验震惊了经典的电脑。 我认为这是量子计算行业最重要的成果之一 这个实验没有争议，没有疑问，这个实验得到了远远超过以前传来的机器模拟能力的结果。 我想说的是，这个实验技术的挑战非常大。 为了得到这个结果，需要处理很多非常困难的技术课题。 仅仅在技术方面，他们取得的成果也令人印象深刻。 这是人们梦寐以求的实验，他们让梦想进入现实。 “(作者:常河)来源:中学生英才计划，光明日报喜欢这个复印件的人也喜欢原标题:“【科学知识】“第9章”到底有多神吗？ 》阅读原文