《九章》200秒就可以完成的作品。目前，世界上最快的超级计算机“富越”将工作6亿年。

12月4日，中国科学技术大学宣布，潘建伟、卢朝阳等人的研究团队成功构建了76光子量子计算机“九章”。根据现有理论，它比“富岳”快一万亿倍。

一万亿是一个 1 后跟 14 个零。这个庞大的数字让人头晕目眩。顶级学术期刊《科学》今天也发表了这一重磅成果，审稿人的评价同样精彩：“一项重大成就”和“一项最先进的实验”。

我们在第一时间征求了“九章”团队核心成员、2019年度“科学探索奖”获得者、中国科学技术大学卢朝阳教授的意见。我们只是想澄清一个问题：以中国命名的“九章”，最早的古代数学专着《算术九章》的量子计算原型有多厉害？

让量子计算“秀肌肉”

《九章》的每篇报道都提到了“量子优越性”这个词。凭借“九章”，中国成为世界上第二个实现“量子优势”的国家，也确立了国际量子计算研究第一方阵的地位。

什么是“量子优势”？卢朝阳告诉我们：“如果量子计算原型机在某个问题上比最强的传统计算机拥有更多的计算能力，就证明量子计算未来在很多方面都有超越的可能。”

或者说得通俗一点。尽管该理论勾勒出的光明前景令人着迷，但量子计算仍然需要在现实中证明其实力。科学家们选择了极其复杂的问题来测试量子计算，并让它在实际应用中“大显身手”。 “量子优越性”的证明被认为是量子计算从理论到实践的“里程碑转折点”。

“我愿意。”这是《九章》给出的答案。如果样本扩大到100亿，“九章”只需要10个小时，但超级计算机需要1200亿年，地球从诞生到现在才46亿年左右。通过“九章”，量子计算的并行计算能力已经完全压倒了传统计算机。这就是“量子优势”，因为差距太大，“量子优势”甚至被称为“量子霸权”。

使用 Google“Platanus”计算帐户

当量子计算与传统计算的差异如此之大时，可见“九章”的强大，不得不换个维度。

与“九章”同台竞技的是谷歌的量子计算原型“Platanus”。它们都是用来证明“量子优越性”的，要解决的问题主要是量子采样。 《九章》以“高斯玻色采样”为主，《柏拉图》选择“随机线采样”。

悬铃斩龙统天下，九章不可见。谁会为前线而战？ （图片来源：中国科学技术大学、中国科学技术大学）

相较于《Plananus》，《九章》有三大优势：一是速度更快。虽然计算不是同一个数学问题，但与最快的超级计算等价物相比，《九章》比《悬铃草》快100亿倍。二是环境适应性。由于超导系统，“Planus”整个过程必须在-273.12°C（30mK）的超低温环境中运行。除了需要负269.12℃环境的检测部分，“九章”的其他部分都可以在室温下运行。三是弥补技术漏洞。 “Platanus”仅在小样本情况下比超算快，“九章”在小样本和大样本情况下都比超算快。

卢朝阳接受央视新闻网采访

卢朝阳说，“比如，谷歌的机器冲刺可以胜过超算，但长跑不行，我们的机器无论是冲刺还是长跑都可以胜过。”

《九章》的输出状态空间（量子纠缠的可能状态）已经达到了10的30次方。要记录这些状态，光是用光全世界的内存、硬盘和光盘是不够的。 “Platanus”的输出状态空间是10的16次方，两者相差十多个数量级。 ”陆朝阳说。

值得一提的是，量子计算已经显示出诱人的应用前景。基于“九章”量子计算原型的“高斯玻色采样算法”在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用，将成为后续发展的重要方向。

50匹马和一根头发

“我们需要50个光子同时通过20多米的光学层，每条路径必须保持25纳米的精度。这相当于50匹马一起跑100公里，他们必须到达同时。每匹马的错误，不超过一根头发。”陆朝阳对达成“九章”难度的描述，让人倒吸一口凉气。

100模相位稳定干涉仪：光学量子干涉装置可高精度锁定任意两束光束之间的相位。 （图：马小涵、梁静、邓雨浩）

“从工作思路来看，《九章》的创新之处在于，以挤压态作为输入源，做高斯玻色采样。在具体实现上，已经开发了四项关键技术。”陆朝阳说道。 .证明“量子优越性”不仅需要计算，还需要提问和测量。