2020年12月4日，《科學》雜志公布中國“九章”計算機重大突破。這臺由中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等學者研制的76個光子的量子計算原型機，求解“高斯玻色取樣”這一問題只需200秒，而根據目前最優的經典算法估計，世界最快的超級計算機(以下簡稱超算)要用6億年。200秒只是短短一瞬，6億年早已是滄海桑田。在谷歌“懸鈴木”之后，我國成為全球第二個實現“量子計算優越性”的國家。

量子計算機在原理上具有超快的并行計算能力，相比經典計算機，有望通過特定算法在一些具有重大社會和經濟價值的問題方面實現指數級別的加速。當前，研制量子計算機已成為世界科技前沿的最大挑戰之一，也是歐美各發達國家角逐的焦點。

量子計算研究要突破的第一道難關就是實現“量子計算優越性”。“量子計算優越性像個門檻，是指當新生的量子計算原型機，在某個問題上的計算能力超過了最強的傳統計算機，就證明其未來有多方超越的可能。”中國科學技術大學教授陸朝陽說，多年來國際學界高度關注、期待這個里程碑式轉折點的到來。

2019年9月，美國谷歌公司宣布研制出53個量子比特的計算機“懸鈴木”，其對一個數學問題的計算只需200秒，而當時世界最快的超級計算機“頂峰”計算這個問題則需要2天，因此谷歌公司宣稱他們在全球首次實現了量子優越性。

所謂高斯玻色取樣，是一個計算概率分布的算法，可用于編碼和求解多種問題。實驗顯示，“九章”對高斯玻色取樣的計算速度，比目前世界最快的超算“富岳”快100萬億倍，同時也等效地比谷歌“懸鈴木”快100億倍。

相比“懸鈴木”，潘建偉團隊表示，“九章”有三大優勢：一是速度更快。雖然算的不是同一個數學問題，但與最快的超算等效比較，“九章”比“懸鈴木”快100億倍。二是環境適應性。“懸鈴木”需要零下273.12攝氏度的運行環境，而“九章”除了探測部分需要零下269.12攝氏度的環境外，其他部分可以在室溫下運行。三是彌補了技術漏洞。“懸鈴木”只有在小樣本的情況下快于超算，“九章”在小樣本和大樣本上均快于超算。

對于“九章”的突破，《科學》雜志審稿人評價：這是“一個最先進的實驗”“一個重大成就”。

潘建偉表示，這一成果確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位，為未來實現可解決具有重大實用價值問題的規模化量子模擬機奠定了技術基礎。此外，基于“九章”量子計算原型機的高斯玻色取樣算法在圖論、機器學習、量子化學等領域均具有潛在應用，將是后續發展的重要方向。

關鍵詞： 量子計算